מידע חדש בנוגע לחומר הגנטי אדנין

חמש מולקולות מתוך שפע המולקולות ששרדו את הקרינה העל סגולה הפכו להיות חומצות הגרעין אדנין, ציטוזין, גואנין, תימין ואורציל. אדנין, היא בעלת טווח משתנה באופן בלתי רגיל של אנרגיות יינון לאורך מסלול התגובה שלה

האטמוספירה בראשית כדור הארץ סיפקה הגנה מועטה בלבד מפני קרינה על-סגולה שמקורה בחלל, וכך מולקולות טרום-חיים רבות נחשפו אליה, ולקרינה באורכי גל אחרים, והתקשו לשרוד בכלל. אולם, חלק מהמולקולות הפכו ליציבות אל מול חשיפה לאור והתגלגלו להיות אבני הבניין להיווצרות החיים.

חמש מולקולות מתוך שפע המולקולות ששרדו את הקרינה העל סגולה הפכו להיות חומצות הגרעין אדנין, ציטוזין, גואנין, תימין ואורציל. כעת, במחקר שפורסם לאחרונה, מראים חוקרים מאוניברסיטת ג’ורג’יה ועמיתיהם בגרמניה כי אחת מאבני בניין אלו של הדנ”א והרנ”א, אדנין, היא בעלת טווח משתנה באופן בלתי רגיל של אנרגיות יינון לאורך מסלול התגובה שלה. המשמעות היא שהבנת המידע הניסיוני בנוגע לאופן שבו אדנין שרד את החשיפה לקרינה על סגולה תהיה הרבה יותר מורכבת מאשר סברו החוקרים קודם. הממצאים הם בעלי חשיבות מרובה גם עבור מדידות ספקטרוסקופיות של תרכובות הטרוציקליות, כלומר אלו הכוללות לפחות שני סוגי יסודות במבנה הטבעות שלהן.

“הגנה מפני האור מתבססת על ההמרה של קרינה על-סגולה מזיקה פוטנציאלית לכדי חום, וחייבת להתרחש בזמנים מהירים במיוחד על מנת להתחרות במסלולים אחרים המובילים לפרוקה של המולקולה הביולוגית,” מסבירה Susanne Ullrich, פרופסור לפיסיקה במחלקה לפיסיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת ג’ורג’יה. “הבנת פרטי מסלולים אלו וסקלת הזמנים שלהם מהווה אתגר ומחייבת שיתוף פעולה הדוק בין אנשי מחקר ניסיוניים ותיאורטיים.” ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי Physical Chemistry Chemical Physics.

החישובים הקוונטו-כימיים יוצרים לראשונה אי פעם קו-בסיס חדש בנוגע לשיטות ספקטרוסקופיות תלוית-זמן המתבססות על פוטו-יינון והיכולת להשתמש בהן לבחינת משפחת מולקולות כזו.

“מולקולות אורגניות יציבות לאור השתתפו בהתפתחות המולקולארית המורכבת שהובילה בסופו של דבר להיווצרותם של החיים על פני כדור-הארץ,” מציינת החוקרת. “לנוכח חשיבותם של חומצות הגרעין כמרכיבי החומר המקודד את הגנים, תחום הפוטופיסיקה של חומצות גרעין זכה לעניין תיאורטי וניסיוני נרחב. מחקר חדש זה יוכל לסייע בהבהרת אותו חוסר עקביות שבו נתקלים מדענים בעודם חוקרים את נתוני הספקטרא של פוטו-היינון ופוטו-האלקטרון של אדנין.”

החוקרים השתמשו בשיטות מחקר מתקדמות ביותר, כגון לייזרים וספקטרומטרים מדויקים ויעילים, על מנת לחשוף את המנגנונים שבעזרתם מסוגל אדנין להתגונן מפני נזקים של קרינה על-סגולה. אדנין מנודף ואז הוא מועבר למכשיר ספקטרומטר ע”י זרם סילון. פולס מהמכשיר מעורר את דגימת המולקולות וגלאי מודד את המולקולה בתום זמן הדעיכה של האלקטרונים המעוררים החוזרים למקומם המקורי.
מדידה זו מתבססת על תהליך הפוטו-יינון שבו מורחקים אלקטרונים מהמולקולה. האנרגיה הקינטית של האלקטרון המורחק נמדדת באמצעות הספקטרומטר ומספקת את המידע הספקטרוסקופי הנדרש לקביעת מנגנון ההגנה מפני האור של האדנין. פענוח המדידות מסתמך באופן הדוק על ידיעת פוטנציאלי היינון (האנרגיה הנדרשת להרחקתו של אלקטרון ממיקומו במולקולה) לאורך מסלולי דעיכת האלקטרונים.

קיים הבדל עתיק-יומין בין התוצאות התיאורטיות לבין התוצאות הניסיוניות בנוגע לבחינת פוטנציאלי היינון של אדנין וקביעת המסלול המדויק לאורכו דועך האדנין לאחר עירורו באמצעות קרינה על-סגולה. הבנת מסלול זה באופן מפורט יותר תספק תובנות באשר להישרדותה ויציבותה של אבן בניין חשובה זו לחיים, בעולם שבו קיימות מיליוני סכנות גנטיות.

“להפתעתנו, גילינו כי קיימים הבדלים משמעותיים באנרגית היינון בין שני אזורים נפרדים של מסלול זה,” מסביר אחד מהחוקרים. “לנוכח האופי הכללי של שלושת המסלולים שבדקנו, אנו סבורים כי פוטנציאלי האנרגיה שנמדדו לאורכם יוכלו לשמש כהכוונה כללית שתעזור בפיתוח מערכות ובדיקות לטובת ניסויים נוספים, לא רק עבור אדנין אלא גם עבור תרכובות דומות לו.”

הידיעה על המחקר