Molekularne modele naprawy DNA przez fotoliazy
Fotoliazy wykorzystują światło widzialne, preferencyjnie z fioletowo-niebieskiego końca widma, do naprawy DNA. Zjawisko to jest znane jako fotoreaktywacja. Mechanizm ten nie działa już u ludzi i innych ssaków łożyskowych, u których do naprawy DNA służy mniej wydajny mechanizm regeneracji usuniętego nukleotydu. Podczas trzyletniego, finansowanego przez UE projektu PINADBIO (First principles study of photoinduced non-adiabatic dynamics in DNA repair by photolyases) naukowcy zajmowali się nowymi i bardziej dokładnymi metodami badania pól sił oraz dynamiki procesu naprawy. Zespół zbadał skuteczne metody dynamiki kwantowej i wielokonfiguracyjnej struktury elektronowej, aby sporządzić fizyczny opis najistotniejszych etapów naprawy. Pierwszym etapem inicjatywy było zaprojektowanie molekularnego modelu miejsca aktywnego do opisu procesu naprawy, jednocześnie wystarczająco małego, aby możliwe było jego badanie. Przy wykorzystaniu stworzonej metodologii naukowcy badali wstępny, powolny transport elektronów w cyklobutanowych dimerach pirymidynowych fotolizy, co stanowi kluczowy etap w wyjaśnieniu wydajności procesu naprawy. Jednocześnie stworzono nowe metody badania rozkładu energii elektronowej w jądrowej przestrzeni koordynacyjnej i mapowania odnośnych powierzchni energii potencjalnej. Symulacja dynamiki kwantowej układu molekularnego wymaga skonstruowania modelowego Hamiltonianu. Skonstruowano proste, parametryzowane modele Hamiltonianu poprzez dopasowanie modelu względem istotnej liczby geometrii jądrowych. Modele te wykorzystano w połączeniu z nierównowagową złotą zasadą Fermiego, aby określić skalę czasową transferu elektronowego, a następnie porównać z danymi eksperymentalnymi. Podsumowując, nowa metoda wydaje się obiecująca w statystyce kwantowej, jako że dostarcza nowych perspektyw niwelowania wpływu środowiska. Wyjaśnia ona niefizyczne zachowanie kwantowego podsystemu jakiegokolwiek typu parametryzacji funkcji falowej.
