Cuando las moléculas que llevan el código genético en nuestras células están expuestas a daños, tienen defensas contra posibles roturas y mutaciones.

Por ejemplo, cuando el ADN es golpeado con luz ultravioleta, puede perder el exceso de energía de la radiación al expulsar el núcleo de un átomo de hidrógeno (un solo protón) para evitar que se rompan otros enlaces químicos del sistema.

Para conocer mejor este proceso, Los investigadores utilizaron pulsos de láser de rayos X de la fuente de luz coherente Linac (LCLS) en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía para investigar cómo la energía de la luz transforma una molécula relativamente simple. 2-tiopiridona. Esta molécula sufre una transformación química que también ocurre en los componentes básicos del ADN. Los científicos observaron este proceso al sondear el átomo de nitrógeno en la molécula con pulsos de rayos X que duraron solo femtosegundos. o cuadrillonésimas de segundo.

Los resultados, publicado en Angewandte Chemie , son un paso hacia una mejor comprensión de lo que se llama "transferencias de protones en estado excitado" en el ADN y otras moléculas.

"Ahora, queremos que sea simple, "dice el autor principal, Sebastian Eckert, estudiante de doctorado en la Universidad de Potsdam y Helmholtz-Zentrum Berlin. "Es más fácil observar los efectos de la fotoexcitación en la 2-tiopiridona porque esta molécula es lo suficientemente pequeña como para comprenderla y tiene un solo átomo de nitrógeno. Estamos entre los primeros en LCLS en analizar el nitrógeno en esta energía, así que es una especie de experimento piloto ".

Esta es también la primera vez que el método, conocido como dispersión de rayos X inelástica resonante o RIXS, se ha utilizado para observar los cambios moleculares relacionados con el nitrógeno que ocurren en femtosegundos. Esta corta escala de tiempo es importante porque así es como rápidamente los protones son expulsados ​​de las moléculas expuestas a la luz. y se requieren rayos X brillantes para ver estos cambios ultrarrápidos.

"LCLS es la única fuente de luz de rayos X que puede proporcionar suficientes fotones:partículas de luz, "dice la coautora Munira Khalil, profesor de la Universidad de Washington. "Nuestro mecanismo de detección está 'hambriento de fotones' y requiere intensos pulsos de luz para capturar el efecto que queremos ver".

En el estudio, los investigadores utilizaron un láser óptico para iniciar cambios en la molécula, seguido de una sonda de rayos X LCLS que les permitió ver los movimientos en los enlaces.

"Buscamos un efecto de resonancia, una firma que nos permite saber que hemos ajustado los rayos X a una energía que garantiza que solo estamos examinando los cambios relacionados con el átomo de nitrógeno o cerca de él. "dice Mike Minitti, científico de planta de LCLS y coautor del artículo.

Estos estudios de "resonancia" amplifican la señal de una manera que los científicos pueden interpretar claramente cómo interactúan los rayos X con la muestra.

El equipo de investigación examinó principalmente los enlaces entre los átomos vecinos al nitrógeno, y confirmó que la luz óptica rompe los enlaces nitrógeno-hidrógeno.

"También pudimos confirmar que los rayos X utilizados para sondear la muestra no rompen el enlace nitrógeno-hidrógeno, por lo que la sonda en sí no crea un efecto artificial. En cambio, la energía de los rayos X se transfiere a un enlace entre los átomos de nitrógeno y carbono, rompiéndolo, "dice Jesper Norell, estudiante de doctorado en la Universidad de Estocolmo y coautor del artículo.

Próximo, la colaboración utilizará el mismo enfoque para estudiar moléculas más complejas y obtener información sobre la amplia clase de reacciones fotoquímicas.