Forskere pirrer det unikke kemiske fingeraftryk af de mest aggressive frie radikaler i levende ting

Frie radikaler - atomer og molekyler med uparrede elektroner - kan skabe kaos på kroppen. De er som forvirrede paramourer, bestemt til at vandre rundt på jagt efter en anden elektron, efterlader ødelagte celler, proteiner og DNA i deres kølvand.

Hydroxylradikaler er de mest kemisk aggressive af de frie radikaler, overlever kun billioner af et sekund. De dannes når vand, det mest udbredte molekyle i celler, er ramt af stråling, får den til at miste en elektron. I tidligere forskning, et hold ledet af Linda Young, en videnskabsmand ved Department of Energy's Argonne National Laboratory, observerede den ultrahurtige fødsel af disse frie radikaler, en proces med stor betydning inden for områder som sollys-induceret biologisk skade, miljøsanering, nuklear teknik, og rumrejser.

Nu hendes hold, herunder forskere fra DOE's SLAC National Accelerator Laboratory, har drillet et unikt kemisk fingeraftryk af hydroxyl, som vil hjælpe videnskabsmænd med at spore kemiske reaktioner, det udløser i komplekse biologiske miljøer. De offentliggjorde deres resultater i Fysisk gennemgangsbreve i juni.

Hos SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS) fri-elektron laser, forskerne undersøgte de utroligt kortlivede hydroxylradikaler med røntgenimpulser, der kun varer en milliontedel af en milliardtedel af et sekund. De belyste en tynd stråle af laserioniseret vand med røntgenstråler, der havde den præcise energi til at excitere elektroner dybt inde i radikalerne, så de sprang op i en bestemt højere bane. Da elektronerne satte sig tilbage i deres oprindelige baner, en lille del af dem udsendte røntgenstråler, der bar radikalens unikke signatur, eller spektrum. Holdet brugte nye teoretiske værktøjer til nøjagtigt at beregne disse røntgenspektre og dechifrere den besked, de indeholdt.

At følge op på, holdet vil undersøge, hvad der sker i de første øjeblikke, ioniserende stråling bryder vand fra hinanden med højere tidsopløsning for at lære mere om processen. Ned ad vejen, de håber at studere lignende processer i alkaliske miljøer, der er af interesse både fundamentalt og for presserende applikationer såsom rensning af nukleart affald, hvilket kræver en forståelse af den komplekse kemi, der sker i tanke, der gennemgår konstant strålingsbombardement.