Tmavá reaktivácia – teoretická podstata

Obr. 1: Emisné a absorbčné spektrá pre aktiváciu buniek (zdroj – FIGAWA )

Inaktivácia baktérií / zárodkov UV-žiarením je v podstate fotochemickou reakciou spustenou na nukleové kyseliny mikroorganizmov bez pridanie cudzích látok. Pritom sa stretne UV-žiarenie vo forme fotónov s informačným a replikačným centrom DNA v mikroorganizmoch. Absorbčné centrum DNA a spektrum zničujúceho pôsobenia na mikroorganizmy sú charakterizované širokým absorbčným maximom okolo vlnovej dĺžky 260 nm. Pre inaktiváciu sú pre to určené žiariče, ktoré emitujú UV-žiarenie v spektrálnej oblasti 240 až 290 nm. Rezonančná krivka ortuťového žiariča 254 nm spĺňa túto podmienku veľmi dobre, lebo leží blízko oboch absorbčných maxím. (viď. obr. 1).

Fotochemické reakcie v mikroorganizmoch pôsobia za zlomok sekundy. Inaktivácia je pri tom závislá od potrebnej dávky ožiarenia.

Dezinfekčný účinok UV-žiarenia sa zakladá na germicidite, zničení rozmnožovacej schopnosti. UV-žiarenie okolo vlnovej dĺžky 260 nm má silný dopad na bielkovinovú štruktúru baktérií, pretože vlnová dĺžka v tejto oblasti je absorbovaná DNA. Dochádza k štrukturálnym zmenám v DNA. Tieto zapríčiňujú zrušenie proteínovej syntézy (replikácie) a týmto vedú k usmrteniu bunky. Tento germicídny efekt sa zakladá na tvorbe dimérov Pyrimidínu z nukleových kyselín tymínu a cytozínu.

Sú možné 3 kombinácie týchto nukleových kyselín:

T – T

C – T

C – C

Tymín

Cytozín

Tvorba dimérov tymínu (T – T; C – T) prenieha rýchlejšie, lebo tymín vykazuje silnejšiu absorbciu ako cytozín.

Okrem toho je kvantový výťažok podľa GIESE a DARBY [1] pre tvorbu T ‑ T – dimérov väčší ako pre obe ďalšie diméry. Hodnoty pre kvantový výťažok ležia pri tom medzi 10^-2 do 10^-3 .

V priebehu evolúcie sa prispôsobili bunky UV-žiareniu a vyvíjajú rôzne opravné mechanizmy. Na základe týchto DNA-opravných mechanizmov neprebieha inaktivácia mikroorganizmov s trvalým účinkom.

Tmavá reaktivácia sa delí do dvoch kategórií - excisná a postreplikačná reparácia:

Kategórie	Mechanizmy
Excisná reparácia:	Enzýmy odrežú poškodený úsek DNA a je nahradený novým
Postreplikačná reparácia:	Reparácia medzier sa uskutočňuje po replikácií rekombinatívnou výmenou úsekov alebo pomocou SOS-reparačného systému (posledné prebieha v kritických situáciách, keď je oprava DNA životne dôležitá).

Tento reparačný mechanizmus nepotrebuje žiadne svetlo. Názorný príklad pre tmavú reaktiváciu je 99,9 % reparácia dimérov pyrimidínu v Escherichia coli [2]

Tento enzým fotolázy absorbuje svetlo dlhých vlnových dĺžok. Táto energia je dostatočná na štiepenie dimérov tymínu na monoméry (viď. obr. 2). Môžu byť eliminované bez kontaktu so svetlom. Stupeň účinnosti reparačných mechanizmov jednotlivých baktérií je značne odlišný.

├ A :::: T ┤

├ G :::: C ┤

├ T :::: A ┤

├ T :::: A ┤

├ C :::: G ┤

├ G :::: C ┤

├ T :::: A ┤

├ G :::: C ┤

├ T┐ A ┤

├ T┘ A ┤

├ C :::: G ┤

├ G :::: C ┤

254 nm (UV)

inaktivácia

Blok textu: viditeľné
svetlo + fotoláza

enzým + tma

├ A :::: T ┤

├ G :::: C ┤

├ T :::: A ┤

├ T :::: A ┤

├ C :::: G ┤

├ G :::: C ┤

├ A :::: T ┤

C ┤

A ┤

├ A :::: T ┤

├ G :::: C ┤

├ T :::: A ┤

├ T :::: A ┤

├ C :::: G ┤

├ G :::: C ┤

foto reaktivácia tmavá reaktivácia

Obr. 2: DNA-Zmeny DNA počas UV-ožiarenia a postup foto a tmavej reaktivácie [3]

AV Trading www.umex.sk avtrading@stonline.sk Tel.: +421 37 783 37 83

[1] Klöpffer, W.: - Adv. Photochem, 1977, 10, 311

[2] Howard-Flanders, P.; Boyce, R.: Radiation Research Supplement, 1966, 6, 156-184

[3] Schlegel, H.G.: Všeobecná mikrobiológia, Georg Thieme Verlag, Stuttgart-New York, 1992