Coulomb patlama görüntülemesi aynı zamanda karmaşık moleküller için de işe yarar.
Biyolojik açıdan önemli birçok molekül, örneğin UV radyasyonu tarafından uyarıldığında şekil değiştirir. Bu aynı zamanda bazı ilaçları da etkilemektedir ve henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Yeni bir görüntüleme teknolojisi sayesinde, Frankfurt Goethe Üniversitesi, Schenefeld’deki Avrupa XFEL ve Hamburg’daki Alman Electron Synchrotron Desy’den oluşan uluslararası bir ekip, böylesine ışık hızında bir süreci bozdu ve X-ışını ışığını kullanarak onu ağır çekimde görünür hale getirdi. Bu yöntem diğer birçok molekül için heyecan verici araştırma fırsatlarının önünü açıyor.
Desy’deki serbest elektron lazer FLASH’ın bilimsel direktörü Markus Gühr, “Belirli DNA yapı taşları olan nükleobazlara dayanan bir grup aktif bileşene ait olan 2-tiourasil molekülünü inceledik” diyor. Kimyasal olarak ilişkili aktif bileşenleri gibi 2-tiourasil de bir kükürt atomuna sahiptir. Moleküle alışılmadık, tıbbi açıdan anlamlı özelliklerini verir. “Ancak başka bir özel özellik daha var: Bu moleküller UV radyasyonuna maruz kaldıklarında tehlikeli derecede reaktif hale geliyor.” Çalışmalar bu etki nedeniyle cilt kanseri riskinin arttığını göstermiştir.
Bu tür süreçlerde neler olup bittiğini daha iyi anlamak için araştırma ekibi aslında daha eski bir yöntemi ele aldı ve bunu günümüzün teknik olanaklarıyla yeni bir düzeye taşıdı. Goethe Üniversitesi’nden atom ve moleküler fizikçi Till Jahnke şöyle açıklıyor: “Coulomb patlama görüntülemesiyle, bir molekülü yoğun X-ışını darbeleriyle ışınlarsınız, bu da elektronları yok eder.” “Bu, molekülün son derece pozitif yüklü ve kararsız hale gelmesine neden oluyor, böylece saniyenin çok küçük bir kısmı içinde parçalanıyor.” Çeşitli moleküler parçaların (yani atomların) birbirinden ayrıldığı yönü takip ederek molekülün yapısı hakkında bilgi edinebilirsiniz.
Şimdiye kadar Coulomb patlama görüntülemesi yalnızca çok basit moleküller için anlamlı sonuçlar sağlıyordu. Araştırma ekibi artık bu teknolojiyi, dünyanın en güçlü X-ışını lazerinin SQS (“Küçük Kuantum Sistemleri”) deney istasyonunda özel olarak geliştirilmiş bir deney düzeneğiyle birleştirdi. “Bu deney birçok açıdan teknik bir yeniliktir ve SQS cihazındaki deneysel olanakların önemli bir şekilde genişletilmesidir. İlk kez bu görüntüleme yöntemleri, yalnızca temel fiziksel araştırmalar için değil, biyolojik ve tıbbi açıdan ilgili bir molekül üzerinde de kullanılabiliyor” diyor SQS deney istasyonu başkanı Michael Meyer, başarılı deneyden memnun.
Son derece güçlü X-ışını darbeleri sayesinde bu daha büyük molekül de parçalanabiliyor ve yapısı analiz edilebiliyor. Araştırmacılar, ince bir gaz memesi kullanarak molekülleri X-ışını lazerinin ışınına gönderdiler, böylece aynı anda yalnızca tek tek moleküller ışınlandı. X-ışını darbesinden kısa bir süre önce ışınlanan ek bir UV darbesi, molekülleri uyardı. Jahnke, “Ve iki darbe arasındaki zaman aralığını değiştirerek, yüz ila bin femtosaniye arasında son derece hızlı bir şekilde gerçekleşen bu süreçlerin ağır çekim filmi gibi bir şey yaratabilirsiniz” diye açıklıyor. Gelişmiş bir detektör nihayet 2-tiourasil’in çeşitli atomlarının çarpma noktalarını kaydetti.
Deney iki önemli bulguyu ortaya çıkardı. Birincisi 2-tiyoürasil ile ilgilidir: UV radyasyonu ile uyarıldığında, normalde düz olan bu molekül bükülür ve böylece kükürt atomu dışarı çıkar. Bu durum uzun süre stabildir. Molekülün çok reaktif hale gelmesine neden olur ve diğer şeylerin yanı sıra cilt kanserine de neden olabilir. Gühr, “Bu aynı zamanda yapısal olarak çok benzer olan ancak kükürt atomuna sahip olmayan sıradan nükleobazlardan da önemli bir farktır” diyor. “Bunların UV radyasyonuyla başa çıkmak ve sonuçta onu çeşitli uyarılma ve titreşim durumları yoluyla zararsız ısıya dönüştürmek için bir mekanizması var.” 2-tiourasilde kükürt atomu böyle bir dönüşümü engeller.
Jahnke, “İkinci bulgu deneysel tekniğin kendisiyle ilgili” diyor. “Gördüğümüz gibi molekülü ve değişikliklerini yeniden oluşturmak için dedektördeki tüm atomları tespit etmemiz gerekmiyor. Burada kükürt ve oksijen atomlarının yanı sıra dört hidrojen çekirdeğini ölçmek yeterliydi; bunun için altı karbon atomuna gerek yok.” Bu, daha karmaşık moleküller üzerinde yapılacak ileriki çalışmalarda ölçümleri önemli ölçüde basitleştirecek ve bu yenilikçi sürecin muazzam olanaklarını gösterecektir.
Orijinal yayın : Atom Fiziği Enstitüsü, Goethe Üniversitesi Frankfurt
Bu COLTRIMS reaksiyon mikroskobu, Avrupa XFEL’de 2-tiourasil molekülünün yapısal değişikliklerini incelemek için kullanıldı.
Bir yanıt yazın