Quando as moléculas que carregam o código genético em nossas células são expostas a danos, eles têm defesas contra possíveis quebras e mutações.

Por exemplo, quando o DNA é atingido por luz ultravioleta, ele pode perder o excesso de energia da radiação ao ejetar o núcleo de um átomo de hidrogênio - um único próton - para impedir que outras ligações químicas no sistema se rompam.

Para obter informações sobre este processo, pesquisadores usaram pulsos de laser de raios-X da Linac Coherent Light Source (LCLS) no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia para investigar como a energia da luz transforma uma molécula relativamente simples, 2-tiopiridona. Essa molécula passa por uma transformação química que também ocorre nos blocos de construção do DNA. Os cientistas analisaram este processo sondando o átomo de nitrogênio na molécula com pulsos de raios-X que duraram apenas femtossegundos, ou quatrilionésimos de segundo.

Os resultados, publicado em Angewandte Chemie , são um passo em direção a uma melhor compreensão do que é chamado de "transferência de prótons de estado excitado" no DNA e em outras moléculas.

"Agora mesmo, queremos mantê-lo simples, "diz o autor principal Sebastian Eckert, um estudante de doutorado na Universidade de Potsdam e Helmholtz-Zentrum Berlin. "É mais fácil olhar para os efeitos da fotoexcitação na 2-tiopiridona porque esta molécula é pequena o suficiente para ser entendida e tem apenas um átomo de nitrogênio. Estamos entre os primeiros no LCLS a observar o nitrogênio nesta energia, por isso é uma espécie de experimento piloto. "

Esta também é a primeira vez que o método, conhecido como espalhamento inelástico de raios-X ressonante ou RIXS, tem sido usado para observar as mudanças moleculares envolvendo o nitrogênio que acontecem em femtossegundos. Esta curta escala de tempo é importante porque é assim que os prótons são expulsos rapidamente das moléculas expostas à luz, e são necessários raios-X brilhantes para ver essas mudanças ultrarrápidas.

"LCLS é a única fonte de luz de raios-X que pode fornecer fótons suficientes - partículas de luz, "diz a co-autora Munira Khalil, professor da Universidade de Washington. "Nosso mecanismo de detecção tem 'fome de fótons' e requer pulsos intensos de luz para capturar o efeito que queremos ver."

No estudo, os pesquisadores usaram um laser óptico para iniciar mudanças na molécula, seguido por uma sonda de raios-X LCLS que lhes permitiu ver os movimentos nas ligações.

"Procuramos um efeito de ressonância - uma assinatura que nos permite saber que sintonizamos os raios X com uma energia que garante que estamos apenas examinando as mudanças relacionadas ou próximas ao átomo de nitrogênio, "diz Mike Minitti, cientista da equipe do LCLS e co-autor do artigo.

Esses estudos de "ressonância" amplificam o sinal de uma forma que os cientistas podem interpretar claramente como os raios X interagem com a amostra.

A equipe de pesquisa analisou principalmente as ligações entre os átomos vizinhos ao nitrogênio, e confirmou que a luz óptica quebra as ligações de nitrogênio-hidrogênio.

"Também pudemos confirmar que os raios-X usados ​​para sondar a amostra não quebram a ligação nitrogênio-hidrogênio, portanto, a própria sonda não cria um efeito artificial. Em vez disso, a energia dos raios X é transferida para uma ligação entre átomos de nitrogênio e carbono, rompendo-o, "diz Jesper Norell, um estudante de doutorado na Universidade de Estocolmo e co-autor do artigo.

Próximo, a colaboração usará a mesma abordagem para estudar moléculas mais complexas e obter informações sobre a ampla classe de reações fotoquímicas.