RNA-strengen muliggør indfangning af uracil i den kritiske tilstand

Forskere ledet af Regina de Vivie-Riedle, professor i teoretisk kemi ved LMU München, har fundet indikationer for en base-uafhængig mekanisme, der kan nedsætte fotostabiliteten af ​​RNA-basen uracil.

Livets byggesten, nemlig de fem nukleobaser adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil, der udgør den genetiske kode, er modtagelige for beskadigelse af UV-stråling. Efter fotoexcitation, de kan gennemgå kemiske reaktioner med deres naboer i en DNA- eller RNA-streng, forårsager farlige mutationer, der i sidste ende øger risikoen for hudkræft.

Heldigvis, alle fem nukleobaser har måder til hurtigt at sprede den energi, der er deponeret i den kritiske exciterede tilstand. Denne afslapningsproces sker på en femtosekunds tidsskala, hurtigere end konkurrerende kemiske reaktioner kan forekomme, derved forhindres fotoskader i de fleste tilfælde. Obstruktion af disse ultrahurtige veje øger chancen for, at der dannes skadelige fotoprodukter, da nukleobasen forbliver i den exciterede tilstand i længere tid.

Indtil nu, en sådan forsinket afslapning i grundtilstanden er for det meste blevet tilskrevet delokaliseringen af ​​exciterede tilstande på tværs af flere nukleobaser. Professor Regina de Vivie-Riedle med sit forskerhold ved LMU har nu fundet indikationer for en anden mekanisme, der kan forekomme på en enkelt nukleobase, uden behov for en ophidset stat delokalisering. Ved at bruge avancerede kvantedynamiske metoder, der tager det komplekse RNA-miljø i betragtning, de fandt ud af, at den steriske påvirkning af RNA-strengen kan hindre den molekylære bevægelse, der er nødvendig for den ultrahurtige afslapning af uracil, og fange nukleobasen i den exciterede tilstand i flere picosekunder - længe nok til, at skadelige kemiske reaktioner kan forekomme. Værket optræder i Journal of the American Chemical Society .

Ved at overveje forskellige basesekvenser i deres simuleringer, de undersøgte også, om specifikke kombinationer af tilstødende nukleobaser adskiller sig i deres virkninger på fotostabiliteten af ​​uracil. Resultaterne indikerer, at den beskrevne mekanisme er en ret generel effekt af det molekylære RNA-miljø, og forekommer uafhængigt af en hvilken som helst bestemt basesekvens.

Brugen af ​​computersimuleringer gør det muligt at isolere virkningerne af forskellige faktorer, hvoraf nogle kan være utilgængelige for eksperimentel undersøgelse. Teoretiske modeller muliggør derfor en mere fuldstændig forståelse af naturen og er en integreret del af moderne kemi. Den beregningsmæssige indsats for denne undersøgelse var betydelig, og forfatterne anerkender taknemmeligt ressourcerne leveret af Leibniz Supercomputing Center i Garching.