Ricercatori guidati da Regina de Vivie-Riedle, un professore di chimica teorica alla LMU di Monaco, hanno trovato indicazioni per un meccanismo base-indipendente che può diminuire la fotostabilità dell'RNA base uracile.

I mattoni della vita, vale a dire le cinque basi azotate adenina, guanina, citosina, timina e uracile che compongono il codice genetico, sono suscettibili di danni da radiazioni UV. Dopo la fotoeccitazione, possono subire reazioni chimiche con i loro vicini in un filamento di DNA o RNA, causando mutazioni pericolose che alla fine aumentano il rischio di cancro della pelle.

Fortunatamente, tutte e cinque le basi azotate hanno modo di dissipare rapidamente l'energia depositata nello stato eccitato critico. Questo processo di rilassamento avviene su una scala temporale di femtosecondi, più velocemente di quanto possano verificarsi reazioni chimiche concorrenti, prevenendo così il fotodanneggiamento nella maggior parte dei casi. L'ostruzione di questi percorsi ultraveloci aumenta la possibilità che si formino fotoprodotti dannosi, poiché la base azotata rimane nello stato eccitato più a lungo.

Fino ad ora, tale rilassamento ritardato nello stato fondamentale è stato principalmente attribuito alla delocalizzazione degli stati eccitati attraverso diverse basi azotate. La professoressa Regina de Vivie-Riedle con il suo gruppo di ricerca alla LMU ha ora trovato indicazioni per un altro meccanismo che può verificarsi su una singola base azotata, senza la necessità di delocalizzazione in stato eccitato. Utilizzando metodi dinamici quantistici all'avanguardia che tengono conto del complesso ambiente dell'RNA, hanno scoperto che l'influenza sterica del filamento di RNA può ostruire il movimento molecolare necessario per il rilassamento ultraveloce dell'uracile e intrappolare la base azotata nello stato eccitato per diversi picosecondi, abbastanza a lungo perché si verifichino reazioni chimiche dannose. L'opera appare in Giornale della Società Chimica Americana .

Considerando diverse sequenze di basi nelle loro simulazioni, hanno anche studiato se combinazioni specifiche di basi azotate vicine differiscono nei loro effetti sulla fotostabilità dell'uracile. I risultati indicano che il meccanismo descritto è un effetto piuttosto generale dell'ambiente dell'RNA molecolare, e si verifica indipendentemente da una particolare sequenza di basi.

L'uso di simulazioni al computer permette di isolare gli effetti di diversi fattori, alcuni dei quali potrebbero essere inaccessibili all'indagine sperimentale. I modelli teorici consentono quindi una comprensione più completa della natura e sono parte integrante della chimica moderna. Lo sforzo computazionale per questo studio è stato considerevole, e gli autori riconoscono con gratitudine le risorse fornite dal Leibniz Supercomputing Center di Garching.