Forskere ser et molekyle beskytte sig mod strålingsskader

Når molekylerne, der bærer den genetiske kode i vores celler, udsættes for skade, de har forsvar mod potentiel brud og mutationer.

For eksempel, når DNA rammes med ultraviolet lys, det kan miste overskydende energi fra stråling ved at skubbe kernen af ​​et brintatom - en enkelt proton - for at forhindre andre kemiske bindinger i systemet i at bryde.

For at få indsigt i denne proces, forskere brugte røntgenlaserpulser fra Linac Coherent Light Source (LCLS) ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory til at undersøge, hvordan energi fra lys transformerer et relativt simpelt molekyle, 2-thiopyridon. Dette molekyle undergår en kemisk transformation, der også forekommer i byggestenene i DNA. Forskerne kiggede på denne proces ved at undersøge nitrogenatomet i molekylet med røntgenpulser, der varede kun femtosekunder, eller kvadrilliondeler af et sekund.

Resultaterne, udgivet i Angewandte Chemie , er et skridt mod en bedre forståelse af, hvad der kaldes "ophidsede protonoverførsler" i DNA og andre molekyler.

"Lige nu, vi vil gerne holde det enkelt, "siger hovedforfatter Sebastian Eckert, en doktorand ved universitetet i Potsdam og Helmholtz-Zentrum Berlin. "Det er lettere at se på virkningerne af fotoekscitation i 2-thiopyridon, fordi dette molekyle er lille nok til at forstå og kun har et nitrogenatom. Vi er blandt de første på LCLS til at se på nitrogen ved denne energi, så det er lidt af et pilotforsøg. "

Dette er også første gang metoden, kendt som resonant uelastisk røntgenspredning eller RIXS, er blevet brugt til at se på molekylære ændringer, der involverer nitrogen, der sker i femtosekunder. Denne korte tidsskala er vigtig, fordi det er sådan hurtigt protoner bliver sparket væk fra molekyler udsat for lys, og det kræver strålende røntgenbilleder for at se disse ultrahurtige ændringer.

"LCLS er den eneste røntgenlyskilde, der kan levere nok fotoner-lyspartikler, "siger medforfatter Munira Khalil, professor ved University of Washington. "Vores detektionsmekanisme er 'foton-sulten' og kræver intense lyspulser for at fange den effekt, vi ønsker at se."

I undersøgelsen, forskerne brugte en optisk laser til at starte ændringer i molekylet, efterfulgt af en LCLS røntgenprobe, der tillod dem at se bevægelser i bindingerne.

"Vi leder efter en resonanseffekt-en signatur, der lader os vide, at vi har afstemt røntgenstrålerne til en energi, der sikrer, at vi kun undersøger ændringer relateret til eller i nærheden af ​​nitrogenatomet, "siger Mike Minitti, personaleforsker ved LCLS og medforfatter af papiret.

Disse "on-resonance" undersøgelser forstærker signalet på en måde, så forskere tydeligt kan fortolke, hvordan røntgenstråler interagerer med prøven.

Forskergruppen kiggede primært på bindingerne mellem atomer, der var tilstødende nitrogen, og bekræftede, at optisk lys bryder nitrogen-hydrogenbindinger.

"Vi var også i stand til at bekræfte, at de røntgenstråler, der bruges til at undersøge prøven, ikke bryder nitrogen-hydrogenbindingen, så selve sonden ikke skaber en kunstig effekt. Røntgenenergien overføres i stedet til en binding mellem nitrogen og carbonatomer, ødelægger det, siger Jesper Norell, en doktorand ved Stockholms universitet og medforfatter af papiret.

Næste, samarbejdet vil bruge den samme tilgang til at studere mere komplekse molekyler og få indsigt i den brede klasse af fotokemiske reaktioner.