Los láseres ultrarrápidos protegen la adenina
Los láseres ultrarrápidos pueden proteger el bloque de construcción del ADN de la disociación inducida por la luz
Un equipo internacional de investigación -con una contribución clave del MPSD y dirigido por la investigadora del DESY Francesca Calegari- ha demostrado que se pueden utilizar pulsos láser ultracortos para proteger uno de los bloques de construcción del ADN contra la destrucción inducida por la radiación ultravioleta al vacío (VUV). El grupo de investigación descubrió que un segundo destello láser en el espectro infrarrojo, programado poco tiempo (sólo unas millonésimas de segundo) después del primer destello VUV, impedía la desintegración de la molécula de adenina, estabilizándola.
Ilustración de la estabilización ultrarrápida de la adenina contra la disociación. Cuando la molécula es ionizada por la radiación VUV sufre una disociación, pero aprovechando un mecanismo de migración de carga y sincronizando adecuadamente un segundo pulso láser infrarrojo es posible estabilizarla mediante un segundo evento de ionización.
© U. de Giovannini, MPSD
Las radiaciones de alta energía pueden causar daños irreparables en nuestras propias moléculas biológicas -como el ADN-, provocando mutaciones y potencialmente la muerte de las células. El daño suele producirse como consecuencia de la ionización molecular, que conduce a la fragmentación de las subunidades del ADN. Hasta ahora, apenas se había conseguido proteger contra los daños causados por la radiación porque no se podía detener el proceso de disociación fotoinducido. En sus experimentos, el grupo de investigación de Francesca Calegari y sus colaboradores han descubierto que sí es posible proteger la molécula aprovechando mecanismos que tienen lugar en escalas de tiempo extremadamente rápidas.
El grupo de investigación de Calegari sobre los attosegundos tiene su sede en el Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL), operado conjuntamente por DESY, la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck. Sus miembros trabajan con destellos de luz extremadamente cortos en el rango de los attosegundos para representar y controlar los movimientos de los electrones en moléculas complejas. En sus recientes experimentos, los investigadores expusieron moléculas del bloque de construcción del ADN, la adenina, a un intenso destello VUV durante un tiempo de attosegundos (10-18 segundos), que normalmente provoca la destrucción de la molécula. Al exponer la molécula a un flash de luz infrarroja sólo dos femtosegundos (10-15 segundos) después, descubrieron que la molécula se estabilizaba emitiendo un electrón y se detenía su disociación. En su lugar, quedaba una molécula de adenina doblemente ionizada pero por lo demás intacta. En general, el grupo pudo salvar de la destrucción a cerca del uno por ciento de las moléculas. El mecanismo clave de esta estabilización es la "migración de carga de los electrones": un proceso puramente electrónico que implica una inflación de carga ultrarrápida fuera de la molécula.
"En nuestros experimentos hemos entrado en el rango de los attosegundos y así hemos podido demostrar -por primera vez- que con nuestra tecnología es posible aprovechar los movimientos de los electrones para cambiar el destino de una reacción molecular", explica el primer autor, Erik Månsson, del DESY. "Hasta ahora, sólo había especulaciones sobre esta posibilidad y la suposición habitual era que el control de los movimientos de los núcleos atómicos en las moléculas era clave para la estabilización molecular". Este estudio se ha llevado a cabo en escalas de tiempo en las que los átomos de la molécula pueden considerarse congelados, desvelando así un mecanismo puramente electrónico hasta ahora inexplorado para los bloques de construcción del ADN.
Los científicos del MPSD aportaron la comprensión microscópica de las mediciones experimentales mediante el desarrollo de métodos teóricos destinados a simular la dinámica ultrarrápida de los electrones correlacionados. El método es eficiente y aplicable a sistemas realistas.
El coautor Simone Latini, postdoctorado en el MPSD, está encantado con los resultados: "Ha sido fascinante ser testigo de los avances en las técnicas experimentales para resolver la dinámica de los electrones en escalas de tiempo tan cortas", afirma. "También es asombroso formar parte del desarrollo de herramientas teóricas que nos permiten describir sistemas biomoleculares realistas que son tan relevantes para nuestra vida".
Los nuevos hallazgos son un paso importante hacia la comprensión de los mecanismos más rápidos activados por la interacción de las biomoléculas con la luz y su papel en la fotoprotección. "La demostración de un protocolo de estabilización ultrarrápida de una subunidad de ADN, al interrogar al sistema antes de que se produzca el movimiento nuclear, puede mejorar sustancialmente nuestra capacidad de controlar los efectos del daño por ionización, con interesantes perspectivas para la protección de las moléculas contra la luz", explica Calegari.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
E. P. Mansson, S. Latini, F. Covito, V. Wanie, M. Galli, E. Perfetto, G. Stefanucci, H. Hübener, U. de Giovannini, M. C. Castrovilli, A. Trabattoni, F. Frassetto, L. Poletto, J. B. Greenwood, F. Legare, M. Nisoli, A. Rubio, F. Calegari; "Real-time observation of a correlation-driven sub 3 fs charge migration in ionised adenine"; Communications Chemistry 4, 73 (2021)
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