Biyolojik olarak önemli birçok molekül, UV radyasyonu ile uyarıldığında şekli değiştirir. Bu özellik bazı ilaçlarda da bulunabilse de, henüz iyi anlaşılmamıştır. Yenilikçi bir teknik, Goethe Üniversitesi Frankfurt, Schenefeld’deki Avrupa XFEL ve Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy’den araştırmacıları içeren uluslararası bir ekip kullanmak, Hamburg’daki bu ultra hızlı süreci aydınlattı ve X-ray ışığının yardımıyla yavaş hareket halinde görünür hale getirdi. Yöntem, diğer birçok molekülü analiz etmenin heyecan verici yeni yollarını açar.
Çalışma dergide yayınlandı Doğa İletişimi.
Çalışmanın son yazarı Markus Gühr, “Bazı DNA yapı taşlarına, nükleobazlara dayanan bir grup farmasötik olarak aktif maddeye ait olan molekül 2-tiyourasil’i araştırdık” diyor. 2-tiyourasil ve kimyasal olarak ilişkili aktif maddeler, moleküllere olağandışı, tıbbi olarak anlamlı özelliklerini veren bir kükürt atomuna sahiptir.
“Başka bir özel özellik, bu moleküllerin UV radyasyonuna maruz kaldığında tehlikeli bir şekilde reaktif hale gelmesidir.” Çalışmalar, bu etki nedeniyle cilt kanseri riskinin arttığını göstermektedir.
Bu tür süreçlerde neler olduğunu daha iyi anlamak için, araştırma ekibi zaten iyi kurulmuş bir yöntem kullandı ve bugün mevcut teknik olanakları uygulayarak yeni bir seviyeye getirdi.
Goethe Üniversitesi ve çalışmanın ilk yazarı deneysel atomik ve moleküler fizik profesörü Jahnke, “Coulomb patlama görüntüleme, elektronları deviren yoğun bir röntgen darbesine sahip bir molekülün ışınlanmasını içerir.” “Böylece, molekül olumlu bir şekilde şarj olur ve böylece kararsız hale gelir, böylece bir saniyenin kesimleri içinde parçalanır.”
Molekülün çeşitli fragmanlarının – atomların – seğirme ayrı, molekülün yapısı hakkında bilgi türetilmesi mümkündür.
Bugüne kadar, Coulomb patlama görüntüleme sadece çok basit moleküller için yararlı sonuçlar vermiştir. Goethe Üniversitesi’nde özel olarak geliştirilen bir deney kurulumu kullanan araştırma ekibi, bu tekniği Euxfel’in SQS (“Küçük Kuantum Sistemleri”) bilimsel enstrümanını kullanarak dünyanın en güçlü X-ışını lazeri Avrupa XFEL ile birleştirdi.
“Bu deney birçok yönden teknik bir yeniliktir ve SQS enstrümanında mevcut olan deney olasılıklarının önemli bir genişlemesini oluşturur. İlk kez, bu görüntüleme tekniklerini sadece temel fizik araştırması için biyolojik ve tıbbi olarak anlamlı bir molekül üzerinde kullanmak mümkündür.”
Avrupa Xfel’in son derece güçlü X-ışını darbeleri, bu molekülü parçalamayı ve böylece yapısının bir analizini yapmayı mümkün kıldı. Araştırmacılar, molekülleri ince bir gaz memesi kullanarak X-ışını lazer ışına gönderdi, yani sadece tek, izole moleküllerin bir seferde ışınlandığı anlamına geliyor. Molekülleri uyarmak için X-ışını darbesinden kısa bir süre önce ışınlanmış ek bir UV darbesi kullanıldı.
Jahnke, “İki bakliyat arasındaki zaman aralığını değiştirerek, bu süreçlerin yavaş hareketi gibi bir şey elde etmek, 100-1000 femtosaniye içinde inanılmaz bir hızda gerçekleşiyor, bu da saniyenin milyonda birinden az.” Sürecin sonunda, sofistike bir dedektör, 2-tiyourasil çeşitli atomlarının etki noktalarını ve zamanlarını kaydetti.
Deney, birincisi 2-tiyourasil ile ilgili iki önemli bulgu ortaya çıkardı: UV radyasyonu, aksi takdirde düz molekülün bükülmesine neden olur, bu da sülfür atomunun çıkıntısı ile sonuçlanır. Bu durum nispeten uzun bir süre istikrarlıdır; Molekülün çok reaktif hale gelmesini ve örneğin cilt kanserine neden olabilmesini sağlar.
Gühr, “Bu aynı zamanda yapısal olarak çok benzer olan ancak kükürt atomuna sahip olmayan sıradan nükleobazlar için de önemli bir fark” diyor. “Bunun yerine, UV radyasyonu ile başa çıkmak ve sonuçta çeşitli uyarma ve salınım durumları yoluyla zararsız ısıya dönüştürmek için bir mekanizmaları var.” 2-tiyourasil durumunda, kükürt atomu böyle bir dönüşümü önler.
Jahnke, “İkinci bulgu deneysel tekniğin kendisi ile ilgilidir” diyor. “Gördüğümüz gibi, molekülü ve yapısal değişiklikleri yeniden yapılandırmak için dedektör tarafından tüm atomları izlememiz gerekmiyor. Bu durumda ihtiyacımız olan tek şey kükürt ve oksijen atomlarını ve dört hidrojen çekirdeğini ölçmekti ve altı karbon atomunu görmezden gelebiliriz.”
Bu bulgu, daha da karmaşık moleküller üzerindeki gelecekteki araştırmalardaki ölçümleri önemli ölçüde basitleştirecek ve bu yenilikçi yöntemin geniş olasılıklarını açıkça gösterecektir.
