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Elettroni sulla corsia veloce

Le simulazioni su elaboratore complesse, per la prima volta, hanno permesso che gli scienziati esaminassero dettagliatamente i trattamenti che contribuiscono ad assicurare la stabilità di DNA una volta esposti a luce UV.

I risultati, raggiunti soprattutto relativamente alla componente 9H-adenine del DNA, sono stati pubblicati nel giornale della società di prodotto chimico americano (JACS). Inoltre, nel rispetto dell'alta qualità del lavoro, egualmente sono stati inviati nella sezione online recentemente stabilita JACS della pubblicazione selezionata. I risultati del progetto, che è stato supportato dal fondo austriaco FWF di scienza, indicano che un trattamento ultraveloce e in due tappe forma una base per il photostability di DNA.

Le razze UV non abbronzano appena la nostra interfaccia - possono anche “rubare„ gli atomi dei loro elettroni, quindi distruggere i composti organici. Per neutralizzare questi effetti distruttivi, l'adenina componente del DNA usa un trattamento ultraveloce che dura meno di un trilionesimo di un secondo (un picosecondo). La luce UV causa l'eccitazione degli elettroni in adenina, che a sua volta induce inizialmente gli elettroni a raggiungere uno stato di più alta energia. Poi ritornano al loro di stato originale questo accadono alla velocità strabiliante nel caso di adenina. Durante questo trattamento, l'energia di eccitazione potenzialmente offensiva è convertita in energia vibratoria inoffensiva all'interno dello scheletro molecolare. Ciò protegge il DNA da danno. Mentre gli scienziati erano precedentemente informati di questo trattamento, non avevano potuti simularlo dovuto la complessità estrema coinvolgere e quindi avevano non potuti studiarla dettagliatamente - finora.

SIMULAZIONE DELLA TRANSIZIONE

L'uso innovatore di un metodo di calcolo puntato su simulando la dinamica degli stati di quantum ha permesso al gruppo basato a Vienna di rilasciare le istruzione accurate circa i meccanismi su cui il photostability di adenina è basato. Prof. Hans Lischka, che insieme a prof. Mario Barbatti piombo il gruppo all'istituto di chimica teorica dell'università di Vienna spiega: “dovuto la dimensione della molecola, di tempi relativamente molti di simulazione e della complessità degli spettri elettronici, questo progetto era una sfida ardua. Ed intraprendere questa sfida ha ripagato„.

Il gruppo di Lischka ha calcolato dettagliatamente la transizione fra i diversi stati di energia degli elettroni accoppiati con il movimento dei nuclei atomici. I dati iniziali indicano che questa transizione non è costante, ma piuttosto un trattamento composto di due punti. Il primo di questi è “ultracorto„ e dura soltanto 22 femtosecondi (22 quadrillionths di un secondo). Durante questo primo punto, gli elettroni cadono da uno stato di alta energia (S3) ad uno stato più basso (S1). Il secondo punto dura più lungamente intorno 20 volte di quella prima, o il picosecondo mezzo. Dopo questo punto, gli elettroni dell'adenina avranno ritornato al loro stato a bassa energia originale (S0) - alla velocità inconcepibile.

MOTO DEGLI ELETTRONI E DEI NUCLEI ATOMICI

Commentando i risultati, la società di prodotto chimico americano tenuta in gran considerazione ha evidenziato una serie di punti nel progetto, compreso il numero dei percorsi nucleari calcolati da Lischka e dal suo gruppo. Durante il loro lavoro, il gruppo ha simulato non appena uno o due, ma 60 di questi percorsi, che egualmente si riferiscono a come traiettorie. La simulazione questa molte traiettorie, permesse al gruppo per compilare statistiche per ciascuna elabora responsabile del photostability di adenina. Lischka e Barbatti sul loro approccio: “Usando un gran numero di traiettorie, potevamo trarre le conclusioni statistiche. Per esempio, abbiamo trovato che in 98 per cento o in praticamente tutte traiettorie che abbiamo calcolato, lo stato S1 siamo stati raggiunti 60 femtosecondi dopo l'esposizione a luce UV„. Il metodo di simulazione su elaboratore impiegato da Lischka e da Barbatti in questo contesto specifico tiene moltissimo potenziale per ulteriore ricerca sui trattamenti fotochimici ultraveloci in molecole poliatomiche. Durante il progetto in corso, il potenziale di questo metodo particolarmente del tempo intensivo è stato utilizzato completamente, grazie al supporto che il lavoro di Lischka ha ricevuto dal fondo austriaco FWF di scienza. Le comprensioni risultanti e l'inclusione della pubblicazione di Barbatti e di Lischka nella raccolta online selezionata di JACS degli sviluppi innovatori dimostrano chiaramente che Lischka ha padroneggiato la sua “sfida ardua„.