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科研人員發(fā)現(xiàn)離子輻照氫鍵團(tuán)簇誘發(fā)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移新碎裂衰變通道

  

  重離子輻照能夠造成機(jī)體組織輻射損傷,也是殺死癌變細(xì)胞治療癌癥的一種有效手段。但離子與機(jī)體組織相互作用在分子尺度的微觀機(jī)理目前尚不清楚。α粒子輻射的生物學(xué)危害已被充分認(rèn)識(shí),但生物分子損傷機(jī)制仍遠(yuǎn)未被理解。生物分子中不可修復(fù)損傷一個(gè)重要的來源是α粒子撞擊誘發(fā)分子的電離及隨后電子和核的弛豫過程。 

  近期,中國科學(xué)院近代物理所馬新文研究員課題組與西安交通大學(xué)、德國馬普核物理所和海德堡大學(xué)合作,選取氫鍵結(jié)合的乙炔二聚體(C2H2)2作為模型體系,利用重離子加速器提供的He2+離子輻照乙炔二聚體 (C2H2)2誘發(fā)的碎裂過程,基于反應(yīng)顯微成像譜儀技術(shù),發(fā)現(xiàn)了一種全新的分子間庫侖衰變過程,即雙荷電團(tuán)簇中兩個(gè)分子間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移誘發(fā)的庫侖爆炸機(jī)制:C2H+ + C2H3+。這與常規(guī)的直接交換能量(ICD過程)或轉(zhuǎn)移電子(RCT過程)導(dǎo)致的庫侖爆炸衰變通道C2H2+ + C2H2+完全不同(如圖1所示),質(zhì)子轉(zhuǎn)移發(fā)生在相距4.4Å遙遠(yuǎn)距離的兩個(gè)乙炔分子之間。由兩個(gè)原子或分子構(gòu)成的團(tuán)簇為研究這些微觀機(jī)制提供了簡單而有效的模型體系,進(jìn)一步的理論分析表明此類衰變廣泛存在于由氫鍵結(jié)合的團(tuán)簇體系中,并且預(yù)言質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程在DNA雙鏈中的AT堿基對(duì)間發(fā)生時(shí),將造成DNA雙鏈同時(shí)斷裂,從而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。圖2展示了DNA中質(zhì)子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的DNA雙鏈同時(shí)斷裂過程。 

  該研究成果在線發(fā)表在國際頂級(jí)化學(xué)領(lǐng)域期刊《Angewandte Chemie International Edition》,該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國家基金委項(xiàng)目的資助。 

  文章鏈接: https://doi.org/10.1002/anie.201808898, 

  http://amdimp.impcas.ac.cn/news.php?cid=55  

 

  1實(shí)驗(yàn)觀測到的離子轟擊乙炔二聚體(C2H2)2誘發(fā)的衰變通道。右上通過能量傳遞(ICD)衰變,C2H2+ + C2H2+通道;左下通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移衰變,C2H+ + C2H3+通道。 

 

  2(a) ICD及質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂示意圖。(b)當(dāng)AT堿基對(duì)中的胸腺嘧啶(Thymine)被單電離同時(shí)伴隨激發(fā)時(shí)通過向腺嘌呤(Adenine)傳遞能量(ICD)的方式衰變;(c)雙電離de 胸腺嘧啶通過向腺嘌呤轉(zhuǎn)移質(zhì)子而導(dǎo)致的碎裂。 

原子分子動(dòng)力學(xué)研究組 供稿