紫外线辐射是如何引起DNA突变的

紫外线(UV)是电磁波谱的组成部分，在200到400nm之间，波长比可见光谱的紫色更短，因此得名紫外线。这个范围进一步被划分为短波(100 -280 nm, UV-C)，中波(280 -315 nm, UV-B)，和长波(315 -400 nm, UV-A)。波长较短的紫外光UV-C携带的能量比它的长波UV-A相对应的能量要多得多,对DNA更有损害。UV-B和UV-C射线是两种高能量射线，它们能够电离分子，这一过程被称为光化学反应，产生新的分子产物。UVA和UVB射线与皮肤的DNA相互作用，引起突变，最终可能导致癌症。

了解紫外线是如何导致突变的，对于了解皮肤癌的潜在机理非常重要，以及紫外线可能对基于DNA的实验的不利影响。在细胞中，DNA修复机制可以修复紫外线损伤的碱基，但在纯化的质粒中，没有这样的机制，未修复的紫外线损伤可能对下游应用的成功有不利影响。在本文，概述紫外线诱导突变的两种机制: 二聚性突变和氧化突变。

二聚突变

在DNA中最常见的光化学产品是环丁烷嘧啶二聚物，当两个相邻的嘧啶(胸腺嘧啶，TT或胞嘧啶，CC)通过C = C双键共价相连时，就形成了这种产物。这四个碳形成一个环，连接两个嘧啶，形成了一个在DNA并不常见的化学中间体。这种光化学产品会导致DNA结构上的扭结，从而阻止嘧啶碱基配对，并阻止DNA复制。

氧化突变

紫外线照射并不总是直接导致DNA突变。事实上，紫外线辐射通常会导致自由基的产生，然后与DNA碱基相互作用，使其氧化。这些氧化碱基在复制过程中没有正确配对，导致突变。

其中一个例子是由活性氧介导的G到T转换。鸟嘌呤氧化为8-oxoguanine，阻止与胞嘧啶结合配对所需的氢键。相反，在复制过程中，8-oxoguanine可以通过两个氢键与腺嘌呤配对。当第二条链合成时，最初被鸟嘌呤所占据的位置被替换为胸腺嘧啶，导致G到T的转化。

在实验室，含有紫外线诱导的二聚突变的质粒在大肠杆菌中不能被有效地复制。由突变引起的结构变化使得质粒DNA可以用来修复酶。然而，修复中的错误通常会导致胞嘧啶替换为胸腺嘧啶，从而以潜在的方式改变原来的DNA序列。

总之，长波和短波紫外线对都能对DNA造成损害，但方式不同。短波UV-B和UV-C可直接导致嘧啶二聚化，直接阻止质粒DNA的复制，或错误修复后诱发突变。长波UV-A一般不直接损害，而是通过活性氧的产生引起突变。在实验室中，UV-A对裸DNA的危害较小。这也是为什么最好使用长波长的紫外透射仪来观察DNA条带。但是，长时间的暴露，UV-A仍然会损害DNA。