光會損傷人細(xì)胞內(nèi)的DNA，這種損傷理論上會導(dǎo)致基因突變甚至癌癥的發(fā)生。不過，幸運(yùn)的是，人類已經(jīng)進(jìn)化出了相應(yīng)的生物化學(xué)機(jī)制來修復(fù)DNA損傷。
雖然科學(xué)家們對DNA損傷的修復(fù)機(jī)制已經(jīng)有了相當(dāng)深入的理解，但光導(dǎo)致DNA損傷的化學(xué)機(jī)理卻尚未研究清楚。zui近，都柏林大學(xué)Susan Quinn教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，揭示了關(guān)鍵DNA損傷過程中*電子轉(zhuǎn)移背后的動力學(xué)。
*電子轉(zhuǎn)移的步驟仍然沒有研究清楚，"英國謝菲爾德大學(xué)的Jim Thomas評論道，他本人并沒有參與這項研究。雖然我們都知道鳥嘌呤堿基特別容易被氧化，Thomas補(bǔ)充道。利用英國的X射線和激光設(shè)施，Quinn及其同事對萬億分之幾秒（幾皮秒）或更長時間范圍內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行了研究。“因為形成的自由基會導(dǎo)致突變和癌癥的發(fā)生，這一單電子事件相當(dāng)重要，"Quinn解釋稱。
Quinn與都柏林圣三一學(xué)院的John Kelly合作，將DNA鍵合到多吡啶釕配合物敏化劑上，使鳥嘌呤氧化更容易在溶液中發(fā)生。Quinn和Kelly使用時間分辨紅外（TRIR）光譜法來研究光引發(fā)的DNA反應(yīng)。但是由于分子在溶液中擁擠在一起，因此他們不能確定反應(yīng)中原子的位置。
Quinn等人使用了另一臺設(shè)備——“Diamond"同步加速器來解決這個問題。通過使用“Diamond"高質(zhì)量的X射線束，雷丁大學(xué)的Christine Cardin成功將DNA鍵合多吡啶釕配合物晶體化。這意味著都柏林和雷丁大學(xué)的科學(xué)家可以使用TRIR光譜法來建立高分辨率X射線晶體原子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，研究人員也終于追蹤到光激發(fā)釕絡(luò)合物的過程。他們又追蹤了一個電子從鳥嘌呤轉(zhuǎn)移到激發(fā)態(tài)絡(luò)合物的氧化過程，以及更慢的反向過程——電子回到鳥嘌呤中。他們甚至還能的定位DNA鏈上的四個鳥嘌呤殘基中到底是哪一個發(fā)生了反應(yīng)。
倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院的光化學(xué)專家Tony Vlcek稱這一結(jié)果“真的很了不起"。他說，“這項工作表明X射線結(jié)構(gòu)分析和時間分辨光譜分析結(jié)合起來能夠用于研究生物電子轉(zhuǎn)移過程。然而，這類研究的生理學(xué)意義還需要依賴結(jié)構(gòu)和溶劑化動力學(xué)的結(jié)果，視情況而定。"
Thomas也認(rèn)為將晶體學(xué)方法和TRIR光譜法結(jié)合在一起“非常聰明"。他強(qiáng)調(diào)說，“因為電子轉(zhuǎn)移在廣泛的生物過程中是關(guān)鍵一步，包括細(xì)胞代謝和光合作用，這種全新的組合技術(shù)能夠為生物學(xué)中基本的重要問題提供真實的見解。"
在眾多潛在的后續(xù)研究中，該團(tuán)隊希望使用這一方法來研究天然DNA。而釕絡(luò)合物zui終可能被用于光化學(xué)療法，因此這些結(jié)果也很重要，Quinn補(bǔ)充稱。