Perché i radicali liberi causano danni così gravi alle cellule e al DNA, nonostante la loro esistenza duri solo un trilionesimo di secondo?

I radicali liberi sono atomi o molecole con elettroni spaiati che possono causare danni all'organismo. Come amanti abbandonati, i radicali liberi vagano alla ricerca di un altro elettrone, lasciandosi dietro cellule, proteine ​​e DNA distrutti. Il radicale idrossile è il radicale libero più aggressivo in termini chimici, con una durata di vita di appena un trilionesimo di secondo. Si formano quando l'acqua, la molecola più abbondante nelle cellule, viene esposta alle radiazioni, perdendo un elettrone. In una ricerca precedente, un team guidato da Linda Young, scienziata dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia, ha osservato la nascita ultrarapida di questi radicali liberi.

Questo processo ha importanti implicazioni in settori quali i danni biologici indotti dalla luce solare, la bonifica ambientale, l'ingegneria nucleare e i viaggi spaziali. Ora, un team di ricercatori, tra cui quelli del SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia, ha individuato l'impronta chimica unica del gruppo idrossilico, che aiuterà gli scienziati a tracciare le reazioni chimiche che innesca in ambienti biologici complessi. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review Letters. Presso il laser a elettroni liberi Linac Coherent Light Source (LCLS) dello SLAC:

Utilizzando impulsi di raggi X della durata di appena pochi trilionesimi di secondo, gli scienziati hanno rilevato il radicale idrossile, la cui vita è incredibilmente breve. La ricerca ha ionizzato l'acqua emettendo raggi X tramite un sottile fascio di luce laser; l'energia dei raggi X era sufficientemente precisa da eccitare gli elettroni presenti in profondità nei radicali liberi, in modo che passassero a un'orbita specifica superiore. Quando gli elettroni tornano nelle loro orbite originali, una piccola frazione di essi emette raggi X con la caratteristica caratteristica dei radicali liberi, o spettro. Il team di ricerca ha utilizzato nuovi strumenti teorici per calcolare con precisione questi spettri di raggi X e decifrare le informazioni in essi contenute.

In seguito, il team studierà cosa accade nei primi istanti della scissione dell'acqua mediante radiazioni ionizzanti con una risoluzione temporale più elevata, per saperne di più su questo processo. Seguendo questa strada, la speranza è di studiare processi simili in ambienti alcalini che siano di interesse fondamentale e di applicazioni urgenti come la bonifica dei rifiuti nucleari, che richiede la comprensione della complessa chimica che si verifica nei serbatoi sottoposti a un costante bombardamento di radiazioni. La diffusione anelastica risonante dei raggi X (RIXS) offre un'eccellente opportunità per studiare le dinamiche ultraveloci nei liquidi.

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato RIXS per studiare l'importante radicale idrossilico OH (AQ) presente nell'acqua liquida. La ionizzazione a impulsi di acqua liquida pura genera una popolazione OH(Aq) di breve durata, che viene rilevata utilizzando raggi X a femtosecondi con laser a elettroni liberi. Lo studio ha scoperto che RIXS ha rivelato transizioni elettroniche localizzate che erano mascherate da forti transizioni di trasferimento di carica nello spettro di assorbimento ultravioletto, fornendo così un metodo per studiare la struttura elettronica e la reattività dei radicali idrossilici in acqua e in ambienti multifase. I calcoli basati sui primi principi hanno fornito una spiegazione delle principali caratteristiche spettrali.

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Parco Boco | Ricerca/Da: SLAC National Accelerator Laboratory

Rivista di riferimento: Physical Review Letters

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.236001

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