Die molekularen Bausteine , aus denen DNA absorbieren UV-Licht so stark, dass das Sonnenlicht sollte sie zu deaktivieren - aber es funktioniert nicht. Jetzt haben Wissenschaftler detaillierte Beobachtungen einer " Entspannungsreaktion " , die diese Moleküle schützt , und der genetischen Information, die sie kodieren , vor UV-Schäden gemacht .
Das Experiment am Department of Energy SLAC National Accelerator Laboratory konzentrierte sich auf Thymin, eine der vier DNA- Bausteine . Die Forscher schlagen Thymin mit einem kurzen Puls von UV-Licht und verwendet eine leistungsstarke Röntgenlaser die Reaktion des Moleküls zu sehen: Eine einzige chemische Bindung gedehnt und schnappte zurück an ihren Platz im Umkreis von 200 billiardstel Sekunden und lösten eine Welle von Schwingungen, die harmlos zerstreut die zerstörerische UV-Energie .
Das internationale Forscherteam berichtet das Ergebnis in Nature Communications .
Und schützt die genetische Information in der DNA kodiert ist äußerst wichtig , die Bedeutung dieses Ergebnis geht weit über DNA-Chemie , sagte Philip Bucksbaum , Direktor des Stanford PULSE Institute und ein Co- Autor der Studie .
"Mit dem neuen Tool das Team für diese Studie entwickelt ein neues Fenster auf der Bewegung von Elektronen , die alle der Chemie zu kontrollieren", sagte er. "Wir denken, das wird den Wert und die Wirkung der Röntgen Freie-Elektronen- Laser für die wichtigsten Probleme in der Biologie , Chemie und Physik zu verbessern. "
Licht wird Wärme
Vor Forscher bemerkt hatte , dass Thymin Jahren schien beständig gegen Schäden durch UV-Strahlen im Sonnenlicht , die Ursache Sonnenbrand und Hautkrebs . Theoretiker vorgeschlagen, Thymin wurde der UV-Energie durch die schnelle Verlagerung Form zu befreien. Aber sie unterschieden sich von den Details und früheren Experimenten konnte nicht aufgelöst werden , was geschah.
Die SLAC Experiment fand in der Linac Coherent Light Source ( LCLS ) , ein DOE Office of Science Nutzereinrichtung , dessen helle, ultrakurzen Röntgenlaserpulsenkönnen Veränderungen, die sich auf der Ebene der einzelnen Atome in billiardstel Sekunden zu sehen .
Wissenschaftler wandte Thymin in ein Gas und schlug ihn mit zwei Lichtimpulse in schneller Folge : erste UV , um die schützende Entspannung Reaktion auslösen und dann Röntgenstrahlen , zu erkennen und zu messen die Antwort.
" Sobald die Thymin schluckt das Licht wird die Energie so schnell wie in der Verbindung oder Trennung von chemischen Bindungen möglich in Wärme anstatt geschleust ", so Markus Guehr , ein DOE Early Career Programm Empfänger und leitende Angestellte Wissenschaftler an PULSE der die Studie leitete . "Es ist wie ein System von Kugeln durch Federn verbunden , wenn Sie zu verlängern , dass eine Bindung zwischen zwei Atomen und lassen Sie es los, beginnt das ganze Molekül an zu zittern. "
Austretenden Elektronen Signaländerungen
Die Röntgenstrahlen gemessen der Entspannungsreaktion indirekt durch Strippen entfernt einige der innersten Elektronen von den Atomen in dem Molekül Thymin . Dies löst ein Verfahren, wie Auger Zerfall , die letztlich wirft anderen Elektronen bekannt. Die emittierten Elektronen fliegen in einen Detektor , mit Informationen über die Art und den Zustand ihrer Heimat -Atomen.
Durch den Vergleich der Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Elektronen vor und nach Thymin wurde mit UV- schlagen, konnten die Forscher in der Lage, schnelle Änderungen in einer einzigen Kohlenstoff -Sauerstoff-Bindung lokalisieren : Es gestreckt , wenn sie mit UV-Licht getroffen und verkürzten 200 billiardstel eine Sekunde später , Einstellung aus Schwingungen, die für Milliardstel Sekunden fortgesetzt.
" Dies ist das erste Mal, dass wir in der Lage, zwischen zwei grundlegenden Reaktionen im Molekül unterscheiden - Bewegungen der Atomkerne und Änderungen in der Verteilung der Elektronen - und Zeit sie innerhalb von wenigen billiardstel Sekunden ", sagte der erste der Papier Autor, Brian McFarland, ein Postdoc-Forscher , die seitdem von SLAC den Los Alamos National Laboratory bewegt hat .
Guehr sagte der Team plant weitere Versuche weiter zu erkunden Sie die Schutzentspannungsreaktionund verlängern die neue Methode , die so genannte zeitaufgelöste Auger-Spektroskopie , in anderen wissenschaftlichen Bereichen .