पाइरीमिडीन डिमर

पाइरीमिडीन डिमर डीएनए में थाइमिन या साइटोसिन आधार से प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से बनने वाले आणविक घाव हैं, सामान्यतः प्रत्यक्ष डीएनए क्षति से जुड़ा हुआ है। पराबैंगनी (यूवी; विशेष रूप से यूवीबी) उनके कार्बन-कार्बन डबल बांड के आसपास के क्षेत्र में न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला के साथ लगातार आधारों के बीच सहसंयोजक बंधन संबंधों के निर्माण को प्रेरित करता है। डिमर (रसायन विज्ञान) प्रतिक्रिया डीएसआरएनए (डबल-स्ट्रैंडेड आरएनए) यूरैसिल या साइटोसिन में पाइरीमिडीन आधार के बीच भी हो सकती है। दो सामान्य यूवी उत्पाद साइक्लोब्यूटेन पाइरीमिडीन मंदक (सीपीडी) और 6–4 फोटोप्रोडक्ट हैं। ये उत्परिवर्तजन घाव संरचना और संभवतः आधार-पेयरिंग को बदल देते हैं। सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने के समय प्रति सेकंड 50-100 ऐसी प्रतिक्रियाएँ त्वचा कोशिका में हो सकती हैं, किन्तु सामान्यतः सेकंड के अंदर फोटोलाइज़ पुनर्सक्रियन या न्यूक्लियोटाइड छांटना पुनर्निर्माण द्वारा ठीक किया जाता है। असंशोधित घाव पोलीमरेज़ को बाधित कर सकते हैं, प्रतिलेखन (जीव विज्ञान) या डीएनए प्रतिकृति के समय गलत पढ़ना, या प्रतिकृति की गिरफ्तारी का कारण बन सकते हैं। यह धूप की कालिमा का कारण बनता है और यह मेलेनिन के उत्पादन को उत्प्रेरित करता है। पाइरीमिडीन डिमर मानव में मेलेनोमा का प्राथमिक कारण हैं।

मंदक के प्रकार
साइक्लोब्यूटेन पाइरीमिडीन डिमर (सीपीडी) में प्रत्येक पाइरीमिडाइन के दो डबल-बंधित कार्बन के युग्मन से उत्पन्न होने वाली चार सदस्यीय वलय होती है।  इस तरह के डिमर डीएनए प्रकृति के समय आधार पेयरिंग में बाधा डालते हैं, जिससे उत्परिवर्तन होता है।

एक 6-4 फोटोप्रोडक्ट (6-4 पाइरीमिडीन-पाइरीमिडोन या 6-4 पाइरीमिडीन-पाइरीमिडीनोन) एक वैकल्पिक डिमर है जिसमें एक रिंग की 6 वीं स्थिति में कार्बन के बीच एक सहसंयोजक बंधन होता है और रिंग की चौथी स्थिति में कार्बन होता है। अगला आधार इस प्रकार का रूपांतरण सीपीडी की एक तिहाई आवृत्ति पर होता है, किन्तु यह अधिक उत्परिवर्तजन होता है।

एक तीसरे प्रकार का घाव देवर पाइरिमिडिनोन है, जो आगे प्रकाश के संपर्क में आने पर 6-4 फोटोप्रोडक्ट के प्रतिवर्ती आइसोमेराइजेशन द्वारा बनता है।

स्किन लाइट एक्सपोजर
डीएनए के उत्कृष्ट प्रकाश रासायनिक गुणों के कारण, यह प्रकृति निर्मित अणु अवशोषित फोटॉनों के केवल एक छोटे से अंश से क्षतिग्रस्त हो जाता है। डीएनए 99.9% से अधिक फोटोन को हानिरहित गर्मी में बदल देता है ॥ (किन्तु शेष <0.1% से हानि अभी भी सनबर्न उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त है)। उत्तेजना ऊर्जा का हानिरहित गर्मी में रूपांतरण आंतरिक रूपांतरण (रसायन विज्ञान) नामक प्रकाश रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से होता है। डीएनए में, यह आंतरिक रूपांतरण अत्यधिक तेज है, और इसलिए कुशल है। यह अल्ट्राफास्ट (सबपिकोसेकंड) आंतरिक रूपांतरण एकल न्यूक्लियोटाइड्स द्वारा प्रदान किया जाने वाला एक शक्तिशाली फोटो सुरक्षा है। चूंकि, जी·सी-डीएनए डुप्लेक्स और हेयरपिन में ग्राउंड-स्टेट रिकवरी बहुत धीमी (पिकोसेकंड) है। रेफरी>यूवी उत्तेजना के बाद ग्राउंड-स्टेट रिकवरी मोनोन्यूक्लियोटाइड्स की तुलना में जी·सी−डीएनए डुप्लेक्स और हेयरपिन में बहुत धीमी है: कार्लोस ई. क्रेस्पो-हर्नंडेज़†, किम्बर्ली डे ला हार्पे और बर्न कोहलर। http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja802183s यह माना जाता है कि केंद्रक की स्थितियों में डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के लिए यह और भी धीमा है।

डीएनए का अवशोषण स्पेक्ट्रम यूवीबी विकिरण के लिए शक्तिशाली अवशोषण और यूवीए विकिरण के लिए बहुत कम अवशोषण दर्शाता है। चूंकि सनबर्न का एक्शन स्पेक्ट्रम डीएनए के अवशोषण स्पेक्ट्रम से अप्रभेद्य है, यह सामान्यतः स्वीकार किया जाता है कि प्रत्यक्ष डीएनए क्षति सनबर्न का कारण है।

जबकि मानव शरीर एक दर्दनाक चेतावनी संकेत के साथ सीधे डीएनए क्षति पर प्रतिक्रिया करता है, अप्रत्यक्ष डीएनए क्षति से ऐसा कोई चेतावनी संकेत उत्पन्न नहीं होता है।

उत्परिवर्तन
प्रोकैरियोट्स (एसओएस प्रतिक्रिया) और यूकेरियोट्स दोनों में ट्रांसलेसियन पोलीमरेज़ अधिकांशतः पाइरीमिडीन डिमर में उत्परिवर्तन का परिचय देते हैं। यद्यपि थाइमिन-थाइमिन सीपीडी (थाइमिन मंदक) यूवी प्रकाश के कारण होने वाले सबसे अधिक बार होने वाले घाव हैं, ट्रांसलेसियन पोलीमरेज़ अस की प्रारंभ के पक्षपाती होते हैं, जिससे टीटी मंदक को अधिकांशतः सही ढंग से दोहराया जा सके। दूसरी ओर, सीपीडी में सम्मिलित किसी भी सी को डीमिनेटेड होने की संभावना होती है, जो सी से टीसंक्रमण को प्रेरित करता है।

डीएनए का पुनर्निर्माण
पाइरीमिडीन मंदक न्यूक्लिक एसिड संरचना में स्थानीय रूपात्मक परिवर्तन प्रस्तुत करते हैं, जो पुनर्निर्माण एंजाइमों द्वारा घाव की पहचान करने की अनुमति देते हैं। अधिकांश जीवों में (मनुष्यों जैसे अपरा को छोड़कर) उन्हें फोटोरिएक्टिवेशन द्वारा ठीक किया जा सकता है। फोटोरिएक्टिवेशन एक पुनर्निर्माण प्रक्रिया है जिसमें फोटोलयासे एंजाइम सीधे प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से सीपीडी को उल्टा कर देते हैं। डीएनए स्ट्रैंड पर घावों को इन एंजाइमों द्वारा पहचाना जाता है, इसके बाद प्रकाश तरंग दैर्ध्य का अवशोषण >300 एनएम (अर्थात फ्लोरोसेंट और सूरज का प्रकाश)। यह अवशोषण प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रियाओं को होने में सक्षम बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप पिरिमिडीन डिमर का उन्मूलन होता है, इसे अपनी मूल स्थिति में लौटाता है। यूवी खुराक जो जंगली प्रकार के खमीर कोशिकाओं की जनसंख्या को 37% जीवित रहने तक कम कर देता है, यूवी खुराक के बराबर (हिट का पॉइसन वितरण मानते हुए) है जो जनसंख्या के प्रत्येक कोशिका के लिए औसत घातक हिट का कारण बनता है। इस खुराक पर प्रति प्लोइड जीनोम प्रेरित पिरिमिडीन मंदक की संख्या 27,000 के रूप में मापी गई थी। एक म्यूटेंट यीस्ट स्ट्रेन तीन रास्तों में दोषपूर्ण है जिसके द्वारा पाइरीमिडीन मंदक को खमीर में डीएनए की पुनर्निर्माण के लिए जाना जाता था, यूवी संवेदनशीलता के लिए भी परीक्षण किया गया था। इस मामले में यह पाया गया कि केवल एक या, अधिक से अधिक, प्रति अगुणित जीनोम में दो अप्रतिबंधित पाइरीमिडीन डिमर कोशिका के लिए घातक हैं। इन निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि जंगली प्रकार के खमीर में थाइमिन मंदक की पुनर्निर्माण अत्यधिक कुशल है।

न्यूक्लियोटाइड एक्सिशन रिपेयर, जिसे कभी-कभी डार्क रिएक्टिवेशन कहा जाता है, घावों की पुनर्निर्माण के लिए अधिक सामान्य तंत्र है। यह प्रक्रिया सीपीडी को हटाती है और अणु में आसपास के क्षेत्र को बदलने के लिए नए डीएनए को संश्लेषित करती है। ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसम मनुष्यों में एक आनुवंशिक बीमारी है जिसमें न्यूक्लियोटाइड छांटने की पुनर्निर्माण प्रक्रिया की कमी होती है, जिसके परिणामस्वरूप यूवी प्रकाश के संपर्क में आने पर त्वचा का रंग उड़ जाता है और कई को ट्यूमर हो जाते हैं। मनुष्यों में अप्रतिबंधित पाइरीमिडीन डिमर मेलेनोमा का कारण बन सकते हैं।

कुछ जीवों के पास पुनर्निर्माण करने के अन्य विधियाँ हैं:
 * बीजाणु बनाने वाले जीवाणुओं में बीजाणु फोटोप्रोडक्ट लाईसे पाया जाता है। यह थाइमिन मंदक को उनकी मूल स्थिति में लौटाता है।
 * डीऑक्सीराइबोडिपाइरीमिडीन एंडोन्यूक्लिओसिडेज़ बैक्टीरियोफेज टी4 में पाया जाता है। यह पिरीमिडीन मंदक के लिए विशिष्ट एक आधार छांटना पुनर्निर्माण एंजाइम है। यह तब एपी साइट को खोलने में सक्षम है।

सनस्क्रीन और मेलेनोमा
हैन्सन के एक अध्ययन में सनस्क्रीन का सुझाव दिया गया है जो त्वचा में प्रवेश करता है और इस तरह मुक्त कण और ऑक्सीडेटिव तनाव की मात्रा को बढ़ाता है।

मेलेनोमा के गठन में योगदान देता है, किन्तु यह विचार अन्य शोधकर्ताओं द्वारा मान्य नहीं किया गया है।

सामयिक सनस्क्रीन का प्रभाव और अवशोषित सनस्क्रीन का प्रभाव
सनस्क्रीन द्वारा प्रत्यक्ष डीएनए क्षति को कम किया जाता है। यह सनबर्न से बचाता है। जब सनस्क्रीन त्वचा की सतह पर होती है, तो यह यूवी किरणों को फ़िल्टर करती है, जिससे तीव्रता कम हो जाती है। यहां तक ​​कि जब सनस्क्रीन के अणु त्वचा में प्रवेश कर जाते हैं, तब भी वे सीधे डीएनए क्षति से बचाते हैं, क्योंकि यूवी प्रकाश सनस्क्रीन द्वारा अवशोषित होता है, डीएनए द्वारा अवशोषित नहीं होता है।

यह भी देखें

 * डीएनए का पुनर्निर्माण