Fakultät für Chemie und Pharmazie

Schutz vor UV-Photoschäden: Eine Frage der Schnelligkeit

credit: R. de Vivie-Riedle/LMU

LMU-Chemiker zeigen am Beispiel der Nukleinbase Uracil einen Mechanismus auf, der die Gefahr von Schäden am Erbgut infolge von UV-Strahlung erhöht.

 

UV-Strahlung kann zu chemischen Reaktionen der Nukleinbasen von DNA und RNA führen und dadurch das Erbgut schädigen. Damit dies möglichst nicht passiert, hat die Natur eine Art Schutz davor eingebaut: Die durch Licht angeregten Moleküle geben ihre Energie rasch wieder ab. „Dieser Prozess geht unvorstellbar schnell vor sich, innerhalb von wenigen hundert Femtosekunden“, sagt Regina de Vivie-Riedle, Professorin für Theoretische Chemie. Die LMU-Chemikerin hat nun am Beispiel der Nukleinbase Uracil Hinweise auf einen Mechanismus gefunden, der diesen Prozess verlangsamt, wodurch die Gefahr von Schäden steigt. Darüber berichtet sie aktuell in der Fachpublikation Journal of the American Chemical Society.

Regina de Vivie-Riedle hat mit ihrem Team für ihre Arbeit einen theoretischen Zugang gewählt und die Reaktion der Base Uracil auf UV-Licht mit quantenmechanischen Methoden simuliert: Die LMU-Chemiker haben die natürliche Umgebung von Uracil im RNA-Strang durch unterschiedliche Anordnungen der benachbarten Basen abgebildet. Insgesamt 250 Kombinationen aus zehn verschiedenen Basensequenzen wurden dabei getestet. Die Simulationen zeigten, dass die Lebenszeit des angeregten Zustandes von Uracil von der direkten Umgebungskonformation abhing. Teilweise blieb Uracil mehrere Pikosekunden lang im angeregten Zustand gefangen – lange genug, dass schädliche chemische Reaktionen ablaufen können. Dieser Vorgang zeigte sich nahezu unabhängig von bestimmten Nachbarbasen und resultiert vielmehr aus dem generellen Umgebungseinfluss des RNA-Strangs.

„Computer-Simulationen eröffnen Möglichkeiten, verschiedene Einflussfaktoren zu isolieren, was bei einem rein experimentellen Zugang oftmals nicht möglich ist. Unsere Studie erforderte enorme Rechenleistung und war nur dank des Supercomputers am Leibniz-Rechenzentrum realisierbar“, sagt Regina de Vivie-Riedle. (Journal of the American Chemical Society 2018)

Mehr zur Forschung von Regina de Vivie-Riedle:

UV-Photoschäden: Im kritischen Zustand gefangen (vom 9.3.2017)

Abbildung: R. de Vivie-Riedle/LMU