Wie widerstehen DNA-Bestandteile der UV-Einwirkung?

Zu sehen sind die speziellen Struk-
turen der DNA-Nukleobasen, die für
die ultraschnelle, strahlungslose De-
aktivierung zurück in den elektro-
nischen Grundzustand verantwortlich
sind; © Felix Plasser/Universität Wien

Die Wirkung des Sonnenlichtes auf unsere Haut führt nicht nur zur erwünschten Bräunung, sondern es werden dabei auch Prozesse in Gang gesetzt, die zu schwerwiegenden gesundheitlichen Schädigungen führen können. Das Forschungsteam um Professor Lischka, untersucht, welche Schutzmechanismen die Natur vorgesehen hat, um sich vor derartigen schädlichen Einwirkungen zu schützen. Die Strategie ist einfach und doch hochkomplex: Wenn das UV-Licht die Elektronen in ein höheres Energieniveau bringt, kehren diese ultraschnell in den Ausgangszustand zurück. Dabei wird elektronische Energie in Wärme umgewandelt. Dieser Prozess läuft in einer unvorstellbar kurzen Zeitdimension ab, in bis zu einer Billiardstel Sekunde.

In der Arbeitsgruppe wurde mit innovativen Computersimulationen ein anschauliches, dynamisches Bild der Fotostabilität der Nukleobasen gezeichnet. Damit haben sie zur Klärung dieses komplexen Netzwerks von ultraschnellen Prozessen beigetragen. Es konnte dargestellt werden, wie sich die DNA-Bestandteile – die Nukleotide, die in DNA und RNA für die Ausbildung von Basenpaaren verantwortlich sind – unter UV-Bestrahlung gegen Zersetzung schützen.

Die wesentliche Innovation dieser Arbeit liegt in der detailgetreuen Berechnung der Kopplung der Bewegungen der Elektronen mit jener der Atomkerne. Die berechneten Bewegungszustände der Nukleobasen zeigen ein äußerst bemerkenswertes dynamisches Zeitverhalten, das sich innerhalb mehrerer Größenordnungen – vom Pico/Billionstel- bis Femto/Billiardstel-Sekunden-Bereich – erstreckt.

Die neu entwickelten Methoden sind nicht nur zur Aufklärung der eben beschriebenen Dynamik in DNA-Nukleobasen geeignet, sondern sie werden auch zur Untersuchung fotophysikalischer Vorgänge in der DNA selbst und in technologisch bedeutsamen Gebieten der Fotovoltaik eingesetzt. Mit den neuen Methoden lassen sich grundlegende Prozesse des Transportes von elektronischer Anregungsenergie und der Ladungstrennung zur Stromgewinnung besser verstehen.


MEDICA.de; Quelle: Universität Wien