Kleine organische moleculen, inclusief de aminozuren die de 'bouwstenen' vormen van eiwitten in levende cellen, fragment om ionen te vormen onder invloed van hoogenergetische straling zoals elektronenstralen. Een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ D heeft nu laten zien wat er gebeurt als elektronen botsen met één aminozuur, glutamine. De omvang van de schade en de aard van de gevormde ionen worden beide beïnvloed door de energie van de botsende elektronen. Dit werk komt voort uit een samenwerking tussen experimentele natuurkundigen onder leiding van Alexander Snegursky aan het Institute of Electron Physics, Oezjhorod, Oekraïne en theoretici onder leiding van Jelena Tamuliene aan de Universiteit van Vilnius, Vilnius, Litouwen.

Het schadelijke effect van zeer hoogenergetische straling op menselijk weefsel is bekend van rampen zoals de nucleaire ongevallen in Tsjernobyl en Fukushima. Echter, de langetermijneffecten die de overlevenden van dergelijke rampen ondervinden, waaronder een verhoogd risico op kanker, worden deels veroorzaakt door de inslag van vrij laagenergetische straling. De groepen kozen ervoor om het effect van elektronenimpact op aminozuren te bestuderen omdat ze in deze context minder vaak worden bestudeerd dan DNA.

Snegursky en zijn collega's gebruikten massaspectrometrie om de massa-tot-ladingverhouding te meten en zo de aard te bepalen van chemische fragmenten die worden geproduceerd wanneer een biologisch belangrijk aminozuur, glutamine, werd gebombardeerd met uniforme elektronenbundels met verschillende stralingsdoses. In de tussentijd, het theoretische team heeft de elektronische en geometrische structuren van glutamine en zijn fragmenten gemodelleerd met behulp van kwantummechanica. De waargenomen fragmentatiepatronen verschilden afhankelijk van de stralingsdosis die de moleculen ontvingen, en de experimentele resultaten werden grotendeels bevestigd door de simulaties. De auteurs van het onderzoek zijn van mening dat dit basisonderzoek implicaties zal hebben voor het begrijpen van het effect van ioniserende straling op menselijke cellen, verbetering van de selectiviteit van radiotherapiebundels voor kankercellen, en zelfs, misschien, de oorsprong van het leven begrijpen.