Linac Coherent ışık kaynağından gelen X-ışınları DNA nükleobazlarının ultraviyole ışığa olan ultrahızlı tepkisini ölçmekte kullanıldı. Araştırmacılar, nükleobaz timinde ultraviyole uyarılmış durumun, potansiyel yıkıcı ultraviyole enerjiyi zararsız bir şekilde yayarak hızla bozulduğunu buldular.

Deneysel bulgular bilim insanlarına, DNA içerisindeki nükleobazların kendilerini ultraviyole ışığın etkilerinden nasıl koruğunun anlaşılmasına dair, yeni bir bakış açısı kazandırıyor. Dahası, deneyde kullanılmak üzere geliştirilmiş şema, biyoloji, kimya ve fizikteki diğer molekül sınıflarının ultrahızlı dinamiklerinin incelenmesinde kullanılmak üzere oldukça faydalı olacak.

Işıkla uyarılmış molekülün elektronlarının ve çekirdeğinin ultrahızlı hareketinin çözümlenmesinin günümüzde kullanılmakta olan spektroskopik yaklaşımlarla yapılabilmesi oldukça zor. SLAC’den araştırmacılar bu soruna, ışığı çok güçlü bir şekilde absorbe eden DNA’nın, kendisini korumak için ultraviyole enerjiyi DNA’yı bir arada tutan kimyasal bağları yıkmak yerine ısı olarak yaymasının incelenmesi üzerinden yaklaştılar. Ultrahızlı X-ışını dalgasını kullanarak, timin molekülünün en içteki elektronunun çıkartılmasıyla, çekirdek seviyesinde boşluğu olan atom elde edildi. Artık kararlı olmayan atom, çekirdek seviyesindeki bu boşluğu daha dıştaki elektron ile doldurdu, ve bir elektron Auger etkisi* olarak bilinen proses ile atıldı. Auger elektronlarının kinetik enerjilerinin ölçülmesi, dinamiklerle ilgili bilginin edinilmesini sağladı.

’'Time-resolved Auger spectroscopy’’ olarak adlandırılan bu deneysel şema, bilim insanlarının atomik çekirdeğin hareketini ve bir elementten elektronların dağıtılmasındaki değişiklikleri ayırmalarını sağladı. DNA nükleobaz timin için bu stratejinin kullanılmasıyla, araştırmacılar oksijen Auger spektrumunun, tek karbon-oksijen bağının esnemesinden kaynaklı yüksek kinetik enerjilere doğru kaydığını gözlemlediler.

Auger spektrumu daha sonra düşük kinetik enerjilere doğru kaydı, bu da ultraviyole enerjinin DNA’ya zarar vermeden ısı olarak yayılmasını sağladı. Bu yeni geliştirilen yöntem; kimyanın, biyolojinin ve fiziğin birçok alanında elektronların hareketlerine daha farklı bir pencereden bakılabilmesini sağlayabilir.

*Auger etkisi: Bir atomun, aynı atom arasında bir elektron emisyon ile atomdaki boşlukları doldurması olayı. Bir çekirdek elektron kaldırıldığında, bir boşluk bırakır ve daha yüksek enerji düzeyinden bir elektron bu boşluğu doldurur  

İlgili makale :

K. McFarland, J. P. Farrell, S. Miyabe, F. Tarantelli, A. Aguilar, N. Berrah, C. Bostedt, J. D. Bozek, P. H. Bucksbaum, J. C. Castagna, R. N. Coffee, J. P. Cryan, L. Fang, R. Feifel, K. J. Gaffney, J. M. Glownia, T. J. Martinez, M. Mucke, B. Murphy, A. Natan, T. Osipov, V. S. Petrović, S. Schorb, Th. Schultz, L. S. Spector, M. Swiggers, I. Tenney, S. Wang, J. L. White, W. White, M. Gühr. Ultrafast X-ray Auger probing of photoexcited molecular dynamics. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms5235

Kaynak:

Department of Energy, Office of Science. (2015, June 22). Molecular sunscreen: How DNA protects itself from UV light. ScienceDaily. Retrieved June 22, 2015 from www.sciencedaily.com/releases/2015/06/150622071851.htm

Kapak fotoğrafı: Credit: Image courtesy of Markus Guehr