Forskare under ledning av Regina de Vivie-Riedle, professor i teoretisk kemi vid LMU München, har hittat indikationer för en basoberoende mekanism som kan minska fotostabiliteten för RNA-basens uracil.

Livets byggstenar, nämligen de fem nukleobaserna adenin, guanine, cytosin, tymin och uracil som utgör den genetiska koden, är mottagliga för skador av UV -strålning. Efter fotoexcitation, de kan genomgå kemiska reaktioner med sina grannar i en DNA- eller RNA -sträng, orsakar farliga mutationer som så småningom ökar risken för hudcancer.

Lyckligtvis, alla fem nukleobaser har sätt att snabbt sprida energin som avsätts i det kritiska exciterade tillståndet. Denna avslappningsprocess sker på femtosekunders tid, snabbare än konkurrerande kemiska reaktioner kan inträffa, därigenom förhindras fotoskador i de flesta fall. Obstruktion av dessa ultrasnabba vägar ökar chansen att skadliga fotoprodukter bildas, eftersom nukleobasen förblir i exciterat tillstånd längre.

Ända tills nu, sådan fördröjd avslappning till grundtillståndet har mestadels tillskrivits delokaliseringen av upphetsade tillstånd över flera nukleobaser. Professor Regina de Vivie-Riedle med hennes forskargrupp vid LMU har nu hittat indikationer för en annan mekanism som kan uppstå på en enda nukleobas, utan behov av delokalisering av upphetsat tillstånd. Med hjälp av toppmoderna kvantdynamiska metoder som tar hänsyn till den komplexa RNA-miljön, de fann att det steriska inflytandet från RNA -strängen kan hindra den molekylära rörelsen som är nödvändig för den extrasnabba avslappningen av uracil och fånga nukleobasen i det upphetsade tillståndet i flera pikosekunder - tillräckligt länge för att skadliga kemiska reaktioner ska inträffa. Verket visas i Journal of the American Chemical Society .

Genom att överväga olika bassekvenser i deras simuleringar, de undersökte också om specifika kombinationer av närliggande nukleobaser skiljer sig åt i deras effekter på fotostabiliteten av uracil. Resultaten indikerar att den beskrivna mekanismen är en ganska allmän effekt av den molekylära RNA -miljön, och förekommer oberoende av någon särskild bassekvens.

Användningen av datasimuleringar gör att man kan isolera effekterna av olika faktorer, varav några kan vara otillgängliga för experimentell undersökning. Teoretiska modeller möjliggör därför en mer fullständig förståelse av naturen och är en integrerad del av modern kemi. Beräkningsinsatsen för denna studie var stor, och författarna erkänner tacksamt resurserna från Leibniz Supercomputing Center i Garching.