Экспериментальные результаты дают новое понимание того, как нуклеиновые основания внутри ДНК защищают себя от повреждений, вызванных ультрафиолетовым светом. Кроме того, разработанная экспериментальная схема будет полезна для исследования сверхбыстрой динамики других классов молекул в биологии, химии и физике.Распутать лежащее в основе сверхбыстрое движение электронов и ядер фотовозбужденной молекулы сложно с использованием современных спектроскопических подходов.
Исследователи SLAC подошли к этой проблеме, изучив, как ДНК, которая очень сильно поглощает свет, защищает себя, рассеивая ультрафиолетовую энергию в виде тепла вместо разрыва химических связей, удерживающих ДНК вместе. Используя сверхбыстрый импульс рентгеновского излучения, самый внутренний электрон молекулы тимина, так называемый остовный электрон, удаляется, в результате чего в атоме появляется вакансия на его остовном уровне, что приводит к «остовной дыре». Атом, который теперь нестабилен, заполняет дыру в ядре внешним электроном, и электрон испускается посредством процесса, известного как эффект Оже.
Измерение кинетической энергии оже-электронов раскрывает информацию о динамике.Эта экспериментальная схема, называемая оже-спектроскопией с временным разрешением, позволила ученым различать движение атомных ядер и изменения в распределении электронов с точки зрения конкретного элемента. Используя эту стратегию для тимина нуклеооснования ДНК, исследователи заметили, что оже-спектр кислорода первоначально смещается в сторону высоких кинетических энергий из-за растяжения одиночной углерод-кислородной связи.Затем спектр Оже смещается в сторону более низких кинетических энергий в пределах 200 фс до электронного релаксированного состояния, что позволяет УФ-энергии рассеиваться в виде тепла, а не повредить ДНК.
Этот недавно разработанный инструмент должен предоставить окно для просмотра движения электронов во многих областях химии, биологии и физики.