Uno studio teorico della reazione indotta dalla luce UV dell'RNA-nucleobase uracile, condotto da ricercatori LMU, suggerisce che gli impulsi laser accuratamente modellati possono essere utilizzati per intrappolare lo stato intermedio cruciale per una caratterizzazione dettagliata.

I ricercatori della LMU guidati da Regina de Vivie-Riedle, Professore di Chimica Teorica presso LMU Monaco di Baviera, hanno sviluppato un concetto che suggerisce come ottimizzare gli studi sull'interazione fotochimica della radiazione UV con l'acido ribonucleico (RNA). I fotoni energetici di cui è composta la radiazione UV innescano trasformazioni chimiche nelle basi nucleotidiche che formano le subunità sia del DNA che dell'RNA, che possono provocare mutazioni genetiche deleterie. Al fine di ottenere una migliore comprensione del meccanismo molecolare che porta a tale fotodanneggiamento, la dinamica di campioni purificati di basi di RNA e DNA viene ampiamente studiata con impulsi laser ultracorti al fine di caratterizzare gli intermedi transitori che si presentano nel corso della reazione fotochimica. Il problema con questo approccio è che le molecole eccitate rilasciano molto rapidamente l'energia iniettata dal breve impulso laser. "Questo fenomeno di fotorilassamento è considerato una risposta protettiva intrinseca che riduce al minimo il rischio di fotodanneggiamento, ma rende anche molto difficile imparare molto sullo stato eccitato stesso, " come Daniel Keefer, spiega un membro del gruppo di de Vivie-Riedle.

Insieme a Spiridoula Matsika, un ex Humboldt Fellow alla LMU della Temple University di Filadelfia, Regina de Vivie-Riedle e i suoi collaboratori dimostrano come il processo di rilassamento ultraveloce nell'uracile composto, una delle basi dell'RNA, può essere controllato con campi luminosi personalizzati. Questo studio mostra anche come lo stato eccitato possa essere efficacemente "intrappolato" per facilitarne la caratterizzazione. L'idea di base è quella di modellare l'impulso laser in modo tale che la molecola rimanga nello stato eccitato più a lungo (oltre 50 picosecondi invece di 190 femtosecondi) – come se il processo di rilassamento nello stato fondamentale fosse temporaneamente interrotto premendo il Pulsante di pausa. I risultati e le loro implicazioni sono descritti nel Giornale della Società Chimica Americana .

Esperimenti precedenti che impiegavano impulsi laser a femtosecondi per eccitare l'uracile sono serviti come punto di partenza per il nuovo studio. I ricercatori della LMU hanno ottimizzato gli eccitanti impulsi laser rispetto a vari obiettivi di controllo, ottenendo sia un'accelerazione che un'estensione significativa della durata dello stato eccitato di quasi 30 volte. Soprattutto questo intrappolamento nello stato cruciale apre la strada a studi spettroscopici di follow-up della reazione che porta al fotodanneggiamento. Inoltre, questi risultati dovrebbero essere applicabili alle altre basi presenti negli acidi nucleici. "Siamo fiduciosi che il nostro modello faciliterà gli studi futuri sui meccanismi di reazione che portano al fotodanneggiamento dei nucleotidi, "dice de Vivie-Riedle.