ماده ژنتیک تشکیل‌دهنده DNA دارای سازوکارهای محافظی است که از آن در برابر تابش فرابنفش نور خورشید محافظت می‌کند. اهمیت این سازوکار ناشی از آن است که بدون ثبات نوری یا سازوکار دفاعی برنامه‌ریزی شده در برابر تابش فرابنفش، DNA و RNA بسرعت تخریب می‌شوند.

در پروژه‌ای که با حمایت بنیاد علوم اتریش انجام شد، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی هانس لیخکا، شیمیدان کوانتوم دانشگاه وین موفق شدند برای اولین بار به طور کامل فرآیندهای فوق‌سریع ثبات نوری باز نوکلئوئیدی را رمزگشایی کنند. برنزه شدن تنها تاثیر آفتاب بر پوست ما نیست.

آفتاب باعث بروز فرآیندهایی می‌شود که می‌توانند آسیب‌های جدی به سلامت وارد کنند. گروهی از پژوهشگران به سرپرستی هانس لیخکا، استاد موسسه شیمی نظری دانشگاه وین در اتریش به بررسی سازوکارهای محافظی پرداختند که طبیعت برای محافظت از خود در برابر این تاثیرات مضر ابداع کرده است. روش کار بسیار ساده و در عین حال پیچیده است. به محض آن‌که نور فرابنفش باعث جهش الکترون‌ها به لایه‌ای با انرژی بالاتر می‌شود، تخریب فوق‌سریع آنها را به حالت اولیه برمی‌گرداند. در این حالت انرژی الکترونی تبدیل به گرما می‌شود. این فرآیند در بازه زمانی باورنکردنی و بسیار کوتاهی در حدود یک کوادریلیونیم ثانیه (15-10 ثانیه) اتفاق می‌افتد.

شبیه سازی کامپیوتری خواص واکنش‌های DNA در برابر نور

گروه پژوهشگران هانس لیخکا (موسسه شیمی نظری دانشگاه وین) به همراه ماریو بارباتی (موسسه تحقیقاتی زغال سنگ ماکس پلانک در مالهیم‌/‌روهر آلمان) و با همکاری پژوهشگران آکادمی علوم چک در پراگ موفق شدند تصویری پویا و روشن از ثبات نوری باز نوکلئوتیدها با استفاده از روش‌های مبتکرانه شبیه‌سازی کامپیوتری به دست آورند. آنها نشان دادند چگونه اجزای DNA (نوکلئوتیدهایی که عامل شکل‌گیری جفت‌های بنیادین در DNA و RNA هستند) از خود در برابر تجزیه تحت تابش فرابنفش محافظت می‌کنند.

رویکردهای نوین شیمی کوانتوم برای مطالعات فتوفیزیکی

ایده اصلی این نوآوری در محاسبه دقیق ترکیب نیروهای الکترونی با نیروهای هسته‌های اتم‌هاست. برای رسیدن به این هدف، از روش‌های منحصر به ‌فرد شیمی کوانتوم از سراسر جهان که در موسسه شیمی نظری دانشگاه وین گردآوری شده بودند، استفاده شد. محاسبات حالت حرکت مربوط به باز نوکلئوتیدها، نشان‌دهنده بازه زمانی گسترده‌ای از رفتار دینامیکی در محدوده پیکوتریلیونیم (12-10) تا فمتوکوادریلیونیم (15-10) است.

علاوه بر توضیح دینامیک باز نوکلئوئیدهای DNA، از این روش‌های نوین می‌توان در تحقیقات مربوط به فرآیندهای فتوفیزیکی DNA و نیز در زمینه فتوولتاییک (نور ولتاژی) استفاده کرد. روش جدید درک بهتری از فرآیندهای بنیادین انتقال انرژی جهش الکترونی و جداسازی بار الکتریکی برای تولید الکتریسیته به دست می‌دهد.

منبع: Sciencentral