elgavrilis's blog

Η ανεπαρκής δραστικότητα της αντιθρυψίνης έχει ως αποτέλεσμα την καταστροφή των πνευμόνων και την πρόκληση εμφυσήματος.

Η α1-αντιθρυψίνη (ονομάζεται και α1-αντιπρωτεϊνάση), είναι μία πρωτεΐνη του πλάσματος με μοριακό βάρος 53 Kd και προστατεύει τους ιστούς από την ελαστάση, ένα προϊόν έκκρισης των ουδετερόφιλων (λευκών αιμοσφαιρίων που καταστρέφουν τα βακτήρια). Ένα πιο ακριβές όνομα για αυτόν τον αναστολέα θα ήταν αντιελαστάση, γιατί εμποδίζει την ελαστάση περισσότερο αποτελεσματικά απ? ότι εμποδίζει τη θρυψίνη. Όπως ο αναστολέας της παγκρεατικής θρυψίνης, έτσι και η α1-αντιθρυψίνη παρεμποδίζει τη δράση ενζύμων-στόχων με το να προσδένεται στο ενεργό τους κέντρο σχεδόν μη αντιστρεπτά.

Οι γενετικές ανωμαλίες που έχουν ως αποτέλεσμα την ανεπάρκεια α1-αντιθρυψίνης δείχνουν ότι αυτός ο αναστολέας είναι φυσιολογικά σημαντικός. Για παράδειγμα, η αντικατάσταση της Lys 53 με Glu σε μεταλλαγμένη πρωτεΐνη τύπου Ζ επιβραδύνει την έκκριση αυτού του αναστολέα από τα κύτταρα του ήπατος. Σε ομοζυγωτικά άτομα γι? αυτή την ανεπάρκεια, η συγκέντρωση του αναστολέα στον ορό του αίματος είναι 15% του φυσιολογικού.  Η συνέπεια είναι ότι η προκύπτουσα περίσσεια της ελαστάσης καταστρέφει τα κυψελιδικά τοιχώματα των πνευμόνων με το να πέπτει τις ελαστικές ίνες και άλλες πρωτεΐνες του συνδετικού ιστού. Η κλινική κατάσταση που είναι αποτέλεσμα των παραπάνω ονομάζεται εμφύσημα.

Ένα άτομο με εμφύσημα, για να ανταλλάσει τον ίδιο όγκο αέρα πρέπει να αναπνέει περισσότερο έντονα από ένα φυσιολογικό άτομο γιατί οι κυψελίδες του είναι λιγότερο ελαστικές. Το κάπνισμα αυξάνει αξιοσημείωτα την πιθανότητα ανάπτυξης εμφυσήματος σε ετεροζυγώτες του τύπου Ζ. Η αιτία είναι ότι ο καπνός οξειδώνει τη μεθειονίνη 358 του αναστολέα που είναι ένα ουσιώδες κατάλοιπο για την πρόσδεση της ελαστάσης.

Πράγματι, αυτή η πλευρική αλυσίδα της μεθειονίνης του αναστολέα είναι το δόλωμα που παγιδεύει εκλεκτικά την ελαστάση. Σε αντίθεση, το προϊόν οξείδωσης, δηλαδή το σουλφοξείδιο της μεθειονίνης, δεν δελεάζει την ελαστάση. Αυτό είναι μια εκπληκτική συνέπεια της παρεμβολής ενός και μόνο ατόμου οξυγόνου μέσα σε μια πρωτεΐνη.

Πηγή: L.Streyer “Βιοχημεία”.   

Μηχανισμός μεταλλαξογένεσης της υπεριώδους ακτινοβολίας.

Η υπεριώδης UV ακτινοβολία έχει μήκη κύματος  200-400 nm [UVC(200-280) UVB(280-320 UVA(320-400)]. Η UV ακτινοβολία προσβάλλει το γενετικό υλικό,δημιουργώντας μεταλλάξεις οι οποίες αν δεν επιδιορθωθούν μπορούν να οδηγήσουν σε καρκινογέννεση. Συγκεκριμένα η UV επάγει το διμερισμό γειτονικών πυριμιδινών, και ιδιαιτέρως διμερών Θυμίνης (UV signature mutations). Αυτή η ομοιοπολική σύνδεση γειτονικών βάσεων της ίδιας αλυσίδας, δεν ταιριάζει μέσα στη διπλή έλικα (αποδιατάσσει τη δομή του DNA),και  επομένως η αντιγραφή και η γονιδιακή έκφραση εμποδίζονται μέχρις ότου η βλάβη αυτή διορθωθεί.Το τμήμα της UV που απορροφάται από το DNA και δημιουργεί τα μεταλλαξιγόνα φωτοπροϊόντα  είναι κυρίως από 245-290 nm. Tα διμερή που σχηματίζονται είναι δύο τύπων:

α) Τύπου κυκλοβουτανίου β) Τύπου Πυριμιδόνης. Τα πρώτα είναι 3 φορές συχνότερα, και σχηματίζονται με ομοιοπολική σύνδεση των ανθράκων C4-C4 και C5-C5 δύο παρακείμενων πυριμιδινών της ίδιας σαν αλυσίδας. Οι βλάβες αυτές εντοπίζονται συχνότερα σε επαναλαμβανόμενες (tandem) αλληλουχίες πυριμιδινών, που είναι γνωστές ?hot spots? των UV μεταλλάξεων. Εκτός απ? τις μεταλλαξιγόνες ιδιότητες τέτοια διμερή παρεμποδίζουν σημαντικές λειτουργίες του κυτταρικού κύκλου που σχετίζονται με το DNA. Έχει αποδειχθεί ότι διμερή Τ-Τ τύπου κυκλοβουτανίου σε αλληλουχίες υποκινητή, παρεμποδίζουν ισχυρά τη δέσμευση μεταγραφικών παραγόντων, και διορθώνονται με βραδύτερο ρυθμό από αντίστοιχα Τ-Τ σε μεταγραφόμενες περιοχές. Η μη επιδιόρθωση των βλαβών μπορεί να οδηγήσει μεταλλάξεις ματάπτωσης του τύπου CT ή CCTT, καθώς και σε προσθαφαιρέσεις βάσεων. Ο λεγόμενος ?κανόνας Α? είναι μία υπόθεση που επιχειρεί να εξηγήσει τον τρόπο μετάλλαξης. Σύμφωνα μ? αυτόν, Η DNA πολυμεράση εισάγει κατά παράβασιν  νουκλεοτίδια Α απέναντι από τα διμερή, και συνεπώς δημιουργείται μετάλλαξη στον επόμενο γύρο αντιγραφής του DNA. Έτσι τo T-T κυκλοβουτανικό διμερές δεν παράγει μεταλλάξεις διότι απέναντι από την Τ είσάγεται κανονικά Α. Σε υπάρχοντα όμως  C-C κυκλοβουτανικά διμερή προκαλείται μετάπτωση διότι δύο κατάλοιπα ΑΑ τοποθετούνται κατά παράβασιν και θα ζευγαρώσουν με ΤΤ στον επόμενο γύρο αντιγραφής. Το ίδιο συμβαίνει και σε διμερή τύπου Τ-C διότι απέναντι από την C εισάγεται Α. [15].

 H UV ακτινοβολία δημιουργεί καρκίνους στο δέρμα βλάπτοντας την ικανότητα των κυττάρων να ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Τα κύτταρα διαθέτουν μηχανισμούς για να αντιρροπήσουν τη βλαβη, πριν ο καρκίνος αναπτυχθεί. Τέτοιοι μηχανισμοί είναι η επιδιόρθωση του DNA, η απόπτωση, και η ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος. Η αποτυχία ελέγχου της βλάβης μέσω των δύο πρώτων και η απώλεια ελέγχου μπορεί εν΄δυνάμει να οδηγήσει σε ανάπτυξη καρκίνου μέσω ενεργοποίησης ογκογονιδίων ή απενεργοποίησης ογκοκατασταλτικών γονιδίων. Αρκετά γονίδια που σχετίζονται με την ανάπτυξη καρκίνων του δέρματος, έχουν εκτενώς μελετηθεί, όπως το ογκοκατασταλτικο p53, τα ογκογονίδια ras, καθώς και το υπό μελέτην patched επίσης ογκοκατασταλτικο. Το p53 ενδεικτικά έχει βρεθεί ότι μεταλλάσσεται με υψηλή συχνότητα σε ανθρώπους και ποντίκια, και ότι πάνω από το 50% και σε μερικές περιπτώσεις το 90% των UV επαγόμενων μεταλλάξεων βρίσκονται σε διπυριμιδινικές θέσεις. [16]  

Στα προκαρυωτικά κύτταρα, μια πολυγονιδιακή οικογένεια που καλείται UVR γονίδια, αναγνωρίζει και απομακρύνει τα διμερή θυμίνης με την ακόλουθη διαδικασία: Όι UVRgenes πρωτεϊνες ξεδιπλώνουν (με δαπάνη ΑΤΡ) το DNA στο σημείο της βλάβης, και διασπούν τους δεσμούς σακχάρου-φωσφορικού σε μήκος επτά νουκλεοτιδίων ανοδικά και καθοδικά του διμερούς θυμίνης. Το τμήμα αυτό των 17 περίπου νουκλεοτιδίων απομακρύνεται με επιδιόρθωση εξαγωγής (πέψη εξωνουκλεάσης) από την DNA πολυμεράση Ι, η οποία διαθέτει επιδιορθωτική ικανότητα 5^?–> 3^? εξωνουκλεάσης, πολυμερίζοντας όλο το προς απομάκρυνση τμήμα στην κατεύθυνση 5^?–> 3^? απομακρύνοντας παράλληλα τα καθοδικά νουκλεοτίδια. Η DNA δεσμάση συνδέει κατόπιν τα νεοσυτεθέντα τμήματα με την κύρια αλυσίδα.

Η επιδιόρθωση των διμερών θυμίνης μπορεί να πραγματοποιηθεί και με φωτοενεργοποίηση. Μερικά ένζυμα που βρίσκονται σε όλους τους οργανισμούς και ονομάζονται DNA φωτολυάσες, ενεργοποιούνται από το υπεριώδες φώς και διασπούν τους ομοιοπολικούς δεσμούς των διμερών θυμίνης.

Μελαχρωματική Ξηροδερμία: Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν UVR επιδιορθωτικά συστήματα εξαγωγής ανάλογα με εκείνα των προκαρυωτικών. Η Μελαχρωματική Ξηροδερμία είναι ασθένεια που μεταβιβάζεται ως αυτοσωμικό υπολοιπόμενο χαρακτηριστικό και περιλαμβάνει βλάβη σε κάποια απ? τα 9 UVR γονίδια δημιουργώντας υπερευαισθησία στο δέρμα που εκτίθεται στην υπεριώδη ακτινοβολία. Η αιτία της ασθένειας έγκειται στην ανεπάρκεια επιδιόρθωσης των διμερών θυμίνης που δημιουργεί η UVR. Οι ασθενείς έχουν προβλήματα στο δέρμα και τα μάτια, και παρουσιάζουν υψηλό ποσοστό ανάπτυξης καρκίνων του δέρματος. [17]  

 Από παληά ήταν γνωστές δύο αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα: To διαμάντι και ο γραφίτης. Ηταν μάλιστα εντυπωσιακή η πρόβλεψη, ότι ήταν θερμοδυναμικά εφικτή η μετατροπή του γραφίτη σε διαμάντι, καθώς και η πειραματική επιβεβαίωσή της. Σχετικά πρόσφατα απομονώθηκε, μετά από ισχυρή θέμανση του γραφίτη σε κενό μια τρίτη μορφή άνθρακα, o C₆₀ που έχει τη συμμετρική δομή ενός κόλουρου εικοσαέδρου, με 20 εξαγωνικές και 12 πενταγωνικές έδρες. Η μορφή αυτή ονομάστηκε μπακμίνστερφουλερένιο-60, από το όνομα του Αμερικανού αρχιτέκτονα Richard Buckminser Fuller, που ασχολήθηκε με πολυεδρικές κατασκευές, τεράστιους θόλους που αποτελούνται από πεντάγωνα και εξάγωνα, όπως η μπάλα ποδοσφαίρου. Ετσι όταν αποικονίζεται το μόριο του C₆₀ σε μορφή γεωμετρικού σχήματος μιας ?μπάλας?, σε κάθε κορυφή υπονοείται ότι υπάρχει ένα άτομο άνθρακα. Έχει ιδιότητες πολύ διαφορετικές από εκείνες του γραφίτη και του διαμαντιού- είναι πχ κοκκινωπό- αποδεικνύονας ότι ο κύριος παράγων που καθορίζει τις ιδιότητες των μορίων είναι όχι τα ίδια τα άτομα, αλλά ο τρόπος διάταξής τους. Το αρχικό όνομα παραμένει δύσχρηστο, και τείνει να απλοποιηθεί σε φουλερένιο-60 (fullerene60) με το οποίο υπενθυμίζεται και η ταυτότητά του. Στην αυθεντική αυτή μορφή, κάθε ?μπάλα? C₆₀ είναι ένα διακριτό μόριο, οι κρύσταλλοι απαρτίζονται από ορισμένο αριθμό μορίων, και οι επιφάνειές τους παραμένουν αναλλοίωτες. Είναι μαλακό σαν το γραφίτη, έχει όμως μια ενδιαφέρουσα ιδιότητα: αν συμπιεστεί ισχυρά, γίνεται θεωρητικά σκληρότερο απ? το διαμάντι, ενώ με την άρση της πίεσης, προβλεπόταν ότι θα επανέρχεται στην αρχική του μορφή. Μια σημαντική ιδιαιτερότητα στη χημική του συμπεριφορά συνίσταται στην εμφύτευση στην κοιλότητά του, ενός μεταλλικού ατόμου, αποκτώντας ιδιότητες υπεραγωγού. ([1]  Βάρβογλης σελ 17, 121 ).  Από το 1991 που επινοήθηκε τρόπος εύκολης παρασκευής του φουλερενίου, άνοιξε ένας νέο δυναμικό πεδίο έρευνας, που οδήγησε σε σημαντικές ανακαλύψεις. Μία απ? αυτές είναι η ανακάλυψη ότι τα μετ? αλκαλίων άλατα Κ₃C₆₀ και Rb₃C₆₀ είναι υπεραγώγιμα, με κρίσιμες θερμοκρασίες μετάπτωσης, Τ_c = 18 και 33Κ αντίστοιχα, από τις υψηλότερες που έχουν επιτευχθεί για οργανικά υλικά. Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη, είναι ότι ο C₆₀ είναι ένας πολύ αποδοτικός ενεργοποιητής (sensitizer) της παραγωγής ελευθέρων ριζών οξυγόνου, που σε κυτταρικό επίπεδο είναι άκρως τοξικές. Η έρευνα πάνω στις βιολογικές εφαρμογές του C₆₀, έχουν πρόσφατα οδηγήσει στην παρασκευή και χαρακτηρισμό, μιας σειράς Diels-Alder παραγώγων κυκλοπροσθήκης του C₆₀, μερικά απ? τα οποία έχουν συνδεδεμένες ομάδες για να τον κάνουν υδατοδιαλυτό (πχ γλουταμικούς εστέρες). Η έρευνα έχει δείξει, ότι οι φωτοφυσικές ιδιότητες του C₆₀ διατηρούνται σ? αυτά τα παράγωγα. Συγκεκριμένα παρατηρείται αποδοτικά σχηματισμός τριπλο-διεγερμένης κατάστασης, και μεταφορά ενέργειας στο Ο₂, που έχει ως αποτέλεσμα την υψηλή απόδοση παραγωγής ελευθέρων ριζών οξυγόνου. Το γεγονός αυτό καθιστά αυτές τις ενώσεις, εξαίρετους παράγοντες για τη φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου. Σε πρωτοποριακές εφαρμογές πάνω σε βιολογικά συστήματα, έχουν επιτευχθεί υψηλές αποδόσεις διάσπασης του DNA (εκλεκτικά) με ένα τροποποιημένο C₆₀-δεσμευμένο ολιγονουκλεοτίδιο. Περιέργως, δεν είναι οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου που δρουν ως τροποποιητικός παράγων, αλλά η πλευρική ομάδα του C₆₀, αντιδρώντας με βάσεις γουανίνης, μέσω ενός μηχανισμού μεταφοράς ηλεκτρονίων.Η βιοχημεία του C₆₀ έχει αποκτήσει αυξημένη σημασία τα τελευταία 2 χρόνια. Ανακαλύφθηκε ότι, υδατοδιαλυτές μορφές των παραγώγων του, σε χαμηλές συγκεντρώσεις της τάξεως των μΜ, παρεμποδίζουν την HIV-1 πρωτεάση. Ο ρόλος αυτού του ενζύμου, είναι θεμελιώδης στη διαδικασία πολλαπλασιασμού του ιού HIV, διότι καταλύει την εκλεκτική διάσπαση πολυπρωτεϊνικών πρόδρομων μορίων που ?περιέχουν? δομικές πρωτεΐνες και ένζυμα του ιού. Εχει ξεκινήσει ένα πρόγραμμα (υποβοηθούμενο με υπολογιστές) σχεδιασμού φαρμάκων με βάση παράγωγα του C₆₀, που θα έχουν υψηλότερη συγγένεια και εξειδίκευση για την δέσμευση της HIV πρωτεάσης. ([12]  Rubin?s Research).

ΣΤΗΝ ΑΡΧΗ το φώς

Καί η ώρα η πρώτη                                               

πού τα χείλη ακόμη στον πηλό                                            

   δοκιμάζουν τα πράγματα τού κόσμου          

 Αίμα πράσινο καί βολβοί στή γή χρυσοί          

Πανωραία στόν ύπνο της άπλωσε καί η θάλασσα          

γάζες αιθέρος τίς αλεύκαντες

           κάτω απ? τίς χαρουπιές καί τούς μεγάλους όρθιους φοίνικες

Δείγματα ξύλου ανακαλύφθηκαν σε μια περιοχή που στο παρελθόν είχε προσβληθεί από παγετώνες. Ο ¹⁴C που βρίσκεται σε αυτά τα δείγματα διασπάται με ταχύτητα 7,00 άτομα/min.g_ξύλου. Ο ¹⁴C που βρίσκεται στο νωπό ξύλο διασπάται με μία ταχύτητα 15,30 άτομα/min.g_ξύλου. Ο ¹⁴C είναι μια ασθενής πηγή ακτίνων β με χρόνο ημιζωής 5720 χρόνια. Πόσα χρόνια έχουν περάσει από τότε που η περιοχή είχε προσβληθεί από τον παγετώνα;

 Ας θεωρήσουμε ένα δείγμα από άτομα ραδιενεργού στοιχείου, στο οποίο ο αριθμός ραδιενεργών πυρήνων ελαττώνεται καθώς αυτοί διασπώνται. Το φαινόμενο είναι καθαρά στατιστικό και κανείς δεν μπορεί να προβλέψει ποιος πυρήνας θα διασπαστεί την εκάστοτε χρονική στιγμή. Έστω ότι κάποια χρονική στιγμή υπάρχουν Ν αδιάσπαστοι πυρήνες. Ο αριθμός των διασπάσεων ΔΝ που θα συμβούν στο αμέσως επόμενο στοιχειώδες χρονικό διάστημα Δt, είναι σύμφωνα με τη στατιστική ανάλογος του αριθμού Ν και του χρονικού διαστήματος Δt. Δηλαδή: ΔΝ= -λ.Δt Το λ ονομάζεται σταθερά διάσπασης και το πρόσημο(-) δηλώνει ότι έχουμε μείωση του αριθμού πυρήνων.

 Η παραπάνω εξίσωση γράφεται με διαφορική μορφή ως εξής: dN/dt=-λ.N ==>dN/N=-λ.dt ==> ?dN/N=-λ.?dt ==>  lnN=-λ.t + C  Για t=0 έχουμε C=lnN₀ όπου Ν₀ οι αρχικοί ραδιενεργοί πυρήνες. Οπότε lnN=-λt+lnN₀   ==> lnN-lnN₀=-λt ==> ln(N/N₀)=-λt Άρα N/N₀=e^–λt?  

και συνεπώς N=N₀.e^–λt Για Ν=Ν₀/2 έχουμε: 1/2= e^-λt   ==>-ln2=-λt_1/2 όπου t_1/2 ο χρόνος ημιζωής δηλ ο χρόνος μέσα στον οποίο διασπώνται οι μισοί πυρήνες. Άρα έχουμε: t_1/2=0,693/λ όπου 0,693=ln2 

Η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής του αριθμού πυρήνων ονομάζεται ενεργότητα του δείγματος. Στο SI μονάδα ενεργότητας είναι το 1 Becquerel (1Bq) και ορίζεται ως μία διάσπαση ανά δευτερόλεπτο:(1Bq=1διάσπαση/s). Σύμφωνα με τα παραπάνω ο λόγος των ενεργοτήτων Α/Α₀ ισούται με το λόγο του αριθμού ραδιενεργών πυρήνων Ν/Ν₀. Άρα Ν/Ν₀=7,00/15,30=0,457 Επίσης λ=0,693/t_1/2=0,693/5720y=1,21.10^-4 y^-1 Επειδή N=N₀.e^–λt? N/N₀=e^–λt? -λt=lnN/N₀? t=-(lnN/N₀)/λ Άρα t=(-ln0,457)/(1,21.10^-4y^-1) = 6471 years