Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stabil dank Dynamik: DNA-Bestandteil widersteht UV-Bestrahlung

23.02.2009
Vorgänge, die zur Stabilität von DNA im UV-Licht beitragen, konnten nun erstmals mittels komplexer Computersimulationen im Detail untersucht werden.

Die vor allem am DNA-Bestandteil 9H-Adenin gewonnenen Erkenntnisse wurden im "Journal of the American Chemical Society" (JACS) publiziert und in Anerkennung der Qualität der Arbeit in die neu eingerichtete Online-Sektion "JACS Select" aufgenommen. Die Ergebnisse des vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projektes belegen einen ultraschnellen, zweistufigen Prozess als einen Grund für die Fotostabilität der DNA.

UV-Strahlen bräunen nicht nur die Haut, sie können auch Atome ihrer Elektronen "berauben" und so organische Verbindungen zerstören. Um diesen schädlichen Wirkungen zu entgehen, setzt der DNA-Bestandteil Adenin auf einen ultraschnellen Prozess, der in weniger als einer billionstel Sekunde abläuft. Durch UV-Licht kommt es zu einer Anregung von Elektronen des Adenins. Somit erlangen diese zunächst ein höheres Energieniveau. Von diesem kehren sie, im Fall des Adenins blitzschnell, wieder auf das ursprüngliche Grundniveau zurück. So wird potenziell schädliche Anregungsenergie in harmlose Vibrationsenergie des Molekülgerüstes umgewandelt. Die DNA wird dadurch vor Schäden geschützt. Während der Vorgang selbst bereits bekannt war, konnten die Details aufgrund der hohen Komplexität des Vorganges noch nicht simuliert und damit im Detail analysiert werden - bis jetzt.

Simulation eines Übergangs
Durch den innovativen Einsatz einer Berechnungsmethode zur Simulation dynamischer Quantenzustände gelang es dem Wiener Team um Prof. Hans Lischka und Doz. Mario Barbatti vom Institut für Theoretische Chemie der Universität Wien, genaue Aussagen über Mechanismen zu treffen, die der Fotostabilität von Adenin zugrunde liegen. "Durch die Größe des Moleküls, die notwendigen, langen Simulationszeiten und die Komplexität der Elektronen-Spektren war dieses Projekt eine formidable Herausforderung. Und es hat sich gelohnt, sie anzunehmen", erklärt Lischka.

Das Team um Lischka berechnete, wie der Übergang zwischen den einzelnen Energieniveaus der Elektronen in Kopplung an die Bewegung der Atomkerne im Detail abläuft. Zunächst zeigen die Daten, dass dieser Übergang kein kontinuierlicher, sondern ein aus zwei Schritten bestehender Prozess ist. Ersterer ist "ultrakurz" und nimmt lediglich 22 Femto-Sekunden (22 billiardstel Sekunden) in Anspruch. Dabei fallen die Elektronen von einem höheren Energieniveau (S3) in ein niedrigeres (S1). Der zweite Schritt dauert etwa 20-mal so lange wie der erste, nämlich eine halbe billionstel Sekunde. Danach sind die Elektronen des Adenins wieder in den energiearmen Ausgangszustand (S0) zurückgefallen, und das in unvorstellbarer Geschwindigkeit.

Bewegung der Elektronen und Atomkerne
Die renommierte American Chemical Society hebt in ihrem Kommentar unter anderem die Anzahl der von Lischka und seinem Team berechneten Kernbewegungsbahnen hervor. In dieser Arbeit wurden nicht nur ein oder zwei, sondern gleich 60 dieser, auch als Traktorien bezeichneten, Bahnen simuliert. Diese Anzahl ermöglichte die Erstellung einer Statistik über jene Vorgänge, die für die Fotostabilität von Adenin verantwortlich sind. Lischka und Barbatti dazu: "Durch Verwendung vieler Traktorien konnten wir statistische Aussagen treffen. So sahen wir beispielsweise, dass bei 98 %, also bei praktisch allen berechneten Traktorien, 60 Femto-Sekunden nach einer UV-Bestrahlung das S1- Niveau erreicht wurde." Die von Lischka und Barbatti in diesem speziellen Zusammenhang erstmals angewandte Computersimulationsmethode birgt großes Potenzial für die weitere Erforschung ultraschneller fotochemischer Prozesse in polyatomaren Molekülen. Dieses Potenzial der äußerst zeitintensiven Methode konnte durch die Förderung von Lischkas Arbeit durch den Wissenschaftsfonds FWF voll ausgeschöpft werden. Die erlangten Einsichten und die Aufnahme der Publikation von Lischka und Barbatti in die Website-Rubrik "JACS Select" für innovative Entwicklungen zeigen deutlich, dass Lischka seine "formidable Herausforderung" bestens bewältigt hat.
Originalpublikation: "Nonadiabatic Deactivationof 9H-Adenine: A Comprehensive Picture Based on Mixed Quantum-Classical Dynamics" M. Barbatti & H. Lischka. J. Am. Chem. So., 2008, 130 (21), 6831-6839, DOI:10.1021/ja800589p

JACS Select: http://pubs.acs.org/JACSbeta/jvi/issue3.html

Wissenschaftlicher Kontakt
Prof. Hans Lischka
Universität Wien
Institut für Theoretische Chemie
Währinger Strasse 17
1090 Vienna
Austria
T +43 / 1 / 4277 527 57
E hans.lischka@univie.ac.at
Der Wissenschaftsfonds FWF
Mag. Stefan Bernhardt
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 - 8111
E stefan.bernhardt@fwf.ac.at
Redaktion & Aussendung
PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung
Campus Vienna Biocenter 2
1030 Wien
T +43 / 1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

| PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fwf.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics