Een theoretische studie van de door UV-licht geïnduceerde reactie van de RNA-nucleobase uracil, uitgevoerd door LMU-onderzoekers, suggereert dat zorgvuldig gevormde laserpulsen kunnen worden gebruikt om de cruciale tussentoestand te vangen voor gedetailleerde karakterisering.

LMU-onderzoekers onder leiding van Regina de Vivie-Riedle, Hoogleraar theoretische chemie aan de LMU München, hebben een concept ontwikkeld dat suggereert hoe studies naar de fotochemische interactie van UV-straling met ribonucleïnezuur (RNA) kunnen worden geoptimaliseerd. De energetische fotonen waaruit UV-straling is samengesteld, veroorzaken chemische transformaties in de nucleotidebasen die de subeenheden van zowel DNA als RNA vormen, wat kan resulteren in schadelijke genetische mutaties. Om een ​​beter begrip te krijgen van het moleculaire mechanisme dat tot dergelijke fotoschade leidt, de dynamiek van gezuiverde monsters van RNA- en DNA-basen wordt uitgebreid onderzocht met ultrakorte laserpulsen met het oog op het karakteriseren van tijdelijke tussenproducten die ontstaan ​​tijdens de fotochemische reactie. Het probleem met deze benadering is dat de geëxciteerde moleculen zeer snel de energie vrijgeven die wordt geïnjecteerd door de korte laserpuls. "Dit fenomeen van fotorelaxatie wordt beschouwd als een ingebouwde beschermende reactie die het risico op fotoschade minimaliseert, maar het maakt het ook erg moeilijk om veel te leren over de aangeslagen toestand zelf, " zoals Daniël Keefer, legt een lid van de groep van de Vivie-Riedle uit.

Samen met Spiridoula Matsika, een voormalig Humboldt Fellow aan de LMU van de Temple University in Philadelphia, Regina de Vivie-Riedle en haar collega's demonstreren hoe het ultrasnelle relaxatieproces in het samengestelde uracil, een van de RNA-basen, kan worden aangestuurd met op maat gemaakte lichtvelden. Deze studie laat ook zien hoe de aangeslagen toestand effectief kan worden 'gevangen' om de karakterisering ervan te vergemakkelijken. Het basisidee is om de laserpuls zo vorm te geven dat het molecuul langer in de aangeslagen toestand blijft (meer dan 50 picoseconden in plaats van 190 femtoseconden) - eerder alsof het proces van ontspanning naar de grondtoestand tijdelijk werd onderbroken door op de knop te drukken. Pauze knop. De resultaten en hun implicaties worden beschreven in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Eerdere experimenten waarbij femtoseconde laserpulsen werden gebruikt om uracil te prikkelen, dienden als uitgangspunt voor de nieuwe studie. De LMU-onderzoekers optimaliseerden de opwindende laserpulsen met betrekking tot verschillende besturingsdoelen, het bereiken van zowel een versnelling als een significante verlenging van de levensduur van de aangeslagen toestand met bijna 30-voudig. Vooral deze trapping in de cruciale toestand opent de weg voor vervolgspectroscopische studies van de reactie die leidt tot fotoschade. Bovendien, deze resultaten zouden van toepassing moeten zijn op de andere basen die in nucleïnezuren worden gevonden. "We zijn ervan overtuigd dat ons model toekomstige studies zal vergemakkelijken van de reactiemechanismen die leiden tot fotobeschadiging van nucleotiden, ’ zegt de Vivie-Riedle.