Vand danner rygsøjlen med hydrering omkring DNA, gruppe finder

Vand er Jordens mest rigelige naturressource, men det er også noget af et mysterium på grund af dets unikke solvationsegenskaber - det vil sige hvordan tingene opløses i det.

"Det er unikt tilpasset biologi, og omvendt, sagde Poul Petersen, adjunkt i kemi og kemisk biologi. "Det er superfleksibelt. Det spreder energi og formidler interaktioner, og det bliver mere anerkendt i biologiske systemer. "

Hvordan vand forholder sig til og interagerer med disse systemer - som DNA, byggesten for alle levende ting - er af afgørende betydning, og Petersens gruppe har brugt en relativt ny form for spektroskopi til at observere en tidligere ukendt egenskab ved vand.

"DNA's kirale rygsøjle med hydrering, "offentliggjort den 24. maj i American Chemical Society -tidsskriftet Central videnskab , rapporterer den første observation af en kiral vandoverbygning, der omgiver et biomolekyle. I dette tilfælde, vandstrukturen følger den ikoniske spiralformede struktur af DNA, som i sig selv er kiral, hvilket betyder, at det ikke er overlejret på sit spejlbillede. Kiralitet er en nøglefaktor i biologi, fordi de fleste biomolekyler og lægemidler er chirale.

"Hvis du vil forstå reaktivitet og biologi, så er det ikke kun vand alene "Sagde Petersen." Du vil forstå vand omkring ting, og hvordan det interagerer med tingene. Og især med biologi, du vil forstå, hvordan det opfører sig omkring biologisk materiale - som protein og DNA. "

Vand spiller en stor rolle i DNA's struktur og funktion, og dens hydratiseringsskal har været genstand for meget undersøgelse. Molekylær dynamiksimuleringer har vist en bred vifte af adfærd for vandstrukturen i DNA's mindre rille, området, hvor rygraden i spiralstrengen er tæt sammen.

Gruppens arbejde anvendte chiral sum frekvensgenerationsspektroskopi (SFG), en teknik Petersen detaljeret i et papir fra 2015 i Journal of Physical Chemistry . SFG er en ikke -lineær optisk metode, hvor to fotonstråler - en infrarød og en synlig - interagerer med prøven, fremstilling af en SFG -stråle indeholdende summen af ​​de to stråles frekvenser, eller energier. I dette tilfælde, prøven var en DNA-streng knyttet til et siliciumovertrukket prisme.

Mere manipulation af bjælkerne og beregning beviste eksistensen af ​​en kiral vandoverbygning, der omgiver DNA.

Ud over nyheden om at observere en kiralsk skabelon for vandstruktur ved hjælp af et biomolekyle, chiral SFG giver en direkte måde at undersøge vand i biologi.

"De teknikker, vi har udviklet, giver en ny vej til at studere DNA -hydrering, samt andre supramolekylære kirale strukturer, "Sagde Petersen.

Gruppen indrømmer, at deres fund biologiske relevans er uklar, men Petersen mener, at evnen til direkte at undersøge vand og dets adfærd inden for biologiske systemer er vigtig.

"Sikkert, kemiske ingeniører, der designer biomimetiske systemer og ser på biologi og forsøger at finde applikationer som vandfiltrering, ville bekymre sig om dette, " han sagde.

En anden applikation, Petersen sagde, kunne være i at skabe bedre anti-biofouling materialer, som er resistente over for akkumulering af mikroorganismer, alger og lignende på befugtede overflader.