Molekulare Modelle der DNA-Reparatur durch Photolyasen

Photolyasen sind Enzyme, die DNA-Schäden, verursacht durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, reparieren. Die mögliche Verwendung von Photolyasen in künftigen Sonnenschutzprodukte erfordert ein detailliertes Verständnis ihres Wirkmechanismus.

Gesundheit

Photolyasen verwenden sichtbares Licht, bevorzugt aus dem violetten/blauen Endbereich des Spektrums, für die DNA-Reparatur, und dieses Phänomen wird als Photoreaktivierung bezeichnet. Der Photolyase-Mechanismus funktioniert bei Menschen und anderen Plazentatiere nicht mehr, die sich stattdessen auf den weniger effizienten Nukleotidexzisionsreparatur-Mechanismus für die DNA-Reparatur verlassen. Im Laufe des dreijährigen EU-geförderten Projekts PINADBIO (First principles study of photoinduced non-adiabatic dynamics in DNA repair by photolyases) untersuchten Forscher neue und genauere Methoden für die Untersuchung der Kraftfelder und Dynamiken des Reparaturprozesses. Genauer gesagt erforschte das Team tragfähige Methoden der Quantendynamik und elektronischen Multi-Konfigurationsstruktur, um eine physikalisch fundierte Beschreibung der kritischen Reparaturschritte zu liefern. Der erste Schritt des Projekts war die Konstruktion eines aktiven molekularen Modells, mit dem der Reparaturprozess beschrieben werden kann und das klein genug ist, um untersucht werden zu können. Unter Verwendung der entwickelten Methodik untersuchten die Forscher den anfänglichen langsamen Elektronentransfer in der Cyclobutan-Pyrimidin-Dimer-Photolyase, was einen wichtigen Schritt für das Verständnis der Wirksamkeit des Reparaturprozesses darstellt. Parallel dazu wurden neue Methoden entwickelt, um die elektronische Energielandschaft im Atomkoordinatenraum zu erforschen und die entsprechenden Potentialflächen abzubilden. Die Simulation der Quantendynamik eines molekularen Systems erfordert die Konstruktion eines Modell-Hamiltonoperators. Tatsächlich wurden einfache parametrisierte Hamilton-Modelle konstruiert, indem das Modell anhand einer maßgeblichen Anzahl von Kerngeometrien angepasst wurde. Diese Modelle wurden in Kombination mit der Nicht-Gleichgewichts-Methode der goldenen Fermi-Regel verwendet, um die Elektronentransfer-Zeitskala zu schätzen, und dann mit experimentellen Daten verglichen. Insgesamt ist dieser neue Ansatz für die Quantenstatistik im Allgemeinen vielversprechend, da er neue Perspektiven für die Behandlung von Umwelteinflüssen zur Verfügung stellt. Er löst das unphysikalische Verhalten des Quantensubsystems für jede Art von Wellenfunktion-Parametrisierung.

Schlüsselbegriffe

Molekulare Modelle, DNA-Reparatur, Photolyase, PINADBIO, Quantenstatistik

First principles study of photoinduced non-adiabatic dynamics in DNA repair by photolyases

Molekulare Modelle der DNA-Reparatur durch Photolyasen

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