Två primära sönderfallsvägar tävlar i fotoexciterade nukleobaser:ultrasnabb intern omvandling (IC) och intersystemcrossing (ISC) till ett tripletttillstånd. IC involverar snabb bortledning av överskottsenergi inom samma elektroniska tillstånd, vilket vanligtvis sker inom femtosekunder till pikosekunder. Å andra sidan är ISC en långsammare process där den exciterade molekylen genomgår en spin flip och övergår från en singlett till ett tripletttillstånd. Tripletttillstånd är i allmänhet längre livslängd jämfört med singlettillstånd och kan delta i olika fotokemiska reaktioner, inklusive bildandet av reaktiva syrearter (ROS) och DNA-skador.
Frågan om sönderfallet av fotoexciterade nukleobaser är snabbt eller undertryckt har varit föremål för omfattande forskning och debatt. Tidiga studier antydde att IC är den dominerande sönderfallsvägen, vilket säkerställer att nukleobaserna snabbt återgår till sitt grundtillstånd, vilket minimerar riskerna för att skada kemiska reaktioner. Men nyare undersökningar har visat att ISC också kan förekomma effektivt i vissa nukleobaser, särskilt guanin, under specifika förhållanden.
Flera faktorer påverkar sönderfallsdynamiken hos fotoexciterade nukleobaser:
Basstapling: Närvaron av närliggande nukleobaser i DNA och RNA kan påverka egenskaperna för exciterat tillstånd och sönderfallsvägarna. Staplingsinteraktioner kan förbättra eller undertrycka IC- och ISC-hastigheter.
Lösningsmedelseffekter: Det omgivande lösningsmedlet, såsom vatten i biologiska system, kan påverka dynamiken i det exciterade tillståndet. Solvation kan stabilisera eller destabilisera exciterade tillstånd, vilket förändrar sönderfallshastigheterna.
Basändringar: Kemiska modifieringar eller mutationer i nukleobaser kan förändra deras elektroniska strukturer och sönderfallsmekanismer. Modifierade baser kan uppvisa olika IC- och ISC-effektiviteter.
Temperatur och viskositet: Miljöförhållanden som temperatur och viskositet kan påverka de molekylära rörelserna och interaktionerna som påverkar sönderfallshastigheterna i exciterat tillstånd.
Debatten om huruvida nukleobassönderfallet är snabbt eller undertryckt belyser komplexiteten hos fotokemiska processer i biologiska system. Medan IC förblir den primära sönderfallsvägen för många nukleobaser, understryker möjligheten till effektiv ISC i vissa sammanhang behovet av ytterligare forskning för att förstå hela skalan av fotoinducerade effekter på DNA och RNA. Att få en heltäckande förståelse för dessa sönderfallsmekanismer är avgörande för att dechiffrera den molekylära grunden för UV-inducerad biologisk skada och utarbeta strategier för att mildra deras skadliga konsekvenser.
