Sonnenlicht beeinflusst Moleküle

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Ein folgenschwerer »Seitensprung« unter Molekülen: Durch Sonnenlicht beeinflusst finden Moleküle manchmal den falschen Partner.

Ein Team um Chemikerin Leticia González an der Universität Wien beschäftigt sich schon länger mit dem Effekt von Sonnenlicht auf unterschiedliche Moleküle. In einer neuen Studie konnten sie nun den Mechanismus aufklären, der häufig zu Schäden an der DNA führt, dem Träger unserer Erbinformation. Dieser Schaden entsteht, wenn die in der DNA enthaltenen Molekülbausteine UV-Strahlung ausgesetzt werden und in Folge den falschen Partner finden. Mittels Computersimulationen konnte das Team zeigen, was sich bei diesem „Seitensprung“ auf molekularer Ebene abspielt. Die Ergebnisse dazu erscheinen aktuell im renommierten „Journal of the American Chemical Society“.

Egal, ob man sich im Sommer an den Strand legt oder am Berg spazieren geht, wir sind ständig der Sonne und dem Licht ihrer Strahlen ausgesetzt. Die Sonnenstrahlen dringen in unseren Körper ein und verursachen dabei Schäden in unseren Zellen, die auch gravierende Auswirkungen auf die DNA haben können.

Falscher Partner kann zu Hautkrebs führen

DNA ist ein sehr komplexes Molekül, welches in Form einer Doppelhelix vorliegt. Hierbei sind zwei lange, sich umeinander windende Stränge miteinander verbunden. Diese Verbindungen bestehen jeweils aus zwei Nukleobasen, die sich im jeweiligen Strang gegenüberliegen und von der Natur als Partner vorgesehen sind. „Durch den Einfluss von UV-Licht können Nukleobasen jedoch zur Partnersuche angeregt werden. Sie zappeln wild auf der Stelle und lassen dabei auch einmal von ihrem ursprünglichen Partner ab“, erklärt Leticia González, theoretische Chemikerin an der Universität Wien.

Wie Schäden an der DNA durch UV-Licht entstehen, hat das Team vom Institut für Theoretische Chemie (v.l.n.r.: Philipp Marquetand, Leticia González, Clemens Rauer, Juan José Nogueira Pérez) herausgefunden © Phillip Lichtenegger / Universität WienQuelle: Phillip Lichtenegger / Universität Wien
Quelle: Phillip Lichtenegger / Universität Wien
Wie Schäden an der DNA durch UV-Licht entstehen, hat das Team vom Institut für Theoretische Chemie (v.l.n.r.: Philipp Marquetand, Leticia González, Clemens Rauer, Juan José Nogueira Pérez) herausgefunden © Phillip Lichtenegger / Universität Wien

Anstatt mit der gegenüberliegenden Nukleobase verbinden sie sich dann mit einer benachbarten rechts oder links von ihr. Nach der Verknüpfung zum falschen Partner kann die in der DNA gespeicherte Information nicht mehr richtig abgelesen werden, was zu schwerwiegende Folgen, wie etwa Hautkrebs, führen kann.

 

Verhalten der Moleküle simuliert

Der genaue molekulare Mechanismus dieser Verbindungen war bisher unbekannt. „Mit den durchgeführten quantenmechanischen Rechnungen haben wir es geschafft, den Bildungsprozess dieser DNA-Schäden nachzuvollziehen“, schildert Clemens Rauer, Erstautor der Studie und „uni:docs Fellow“ am Institut für Theoretische Chemie. Da das Verhalten der Moleküle bei dem Sprung zur Seite so genau wie möglich beschrieben werden muss, hat das Team sehr zeit- und rechenintensive Simulationen durchgeführt, unter anderem am Supercomputer „Vienna Scientific Cluster“. Die neu gewonnenen Informationen bilden nun den Grundstein für weitere Forschungen, um solche Schäden am Erbgut in Zukunft verhindern zu können.

 

Publikation im „Journal of the American Chemical Society“

„Cyclobutane Thymine Photodimerization Mechanism Revealed by Nonadiabatic Molecular Dynamics“
Clemens Rauer, Juan J. Nogueira, Philipp Marquetand, Leticia González. In: Journal of the American Chemical Society, 2016. DOI:10.1021/jacs.6b06701

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