生体分子の「日焼け止め」と呼ばれる水素結合

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ビデオ: 日焼け止めの成分は二種類ある!その違いを化学的に解説【紫外線散乱剤と紫外線吸収剤】 2022, 十一月
生体分子の「日焼け止め」と呼ばれる水素結合
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Anonim
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アンモニア二量体の光電子分光法、時間は紫外線レーザーパルスからカウントされます

ドイツとイギリスの化学者は、分子系に水素結合が存在すると、紫外線の影響下で化学結合を切断することが困難になることを発見しました。この現象は、生物学的システム、つまりタンパク質や核酸において重要な役割を果たし、放射線の作用からそれらを保護することができます。この研究はジャーナルPhysicalReview Lettersに掲載されており、Physicsによって簡単に報告されています。

紫外線を吸収すると、物質の分子は励起状態になります。この場合、分子が受け取る過剰なエネルギーは、化学結合の切断に費やすことができます。このプロセスは、光分解と呼ばれます。状況によっては、分子内の化学結合の再編成(光異化)、または別の励起されていない分子との化学反応が発生する可能性があります。

化学合成の場合、これらの反応は実験の目標になり得ます。しかし、まったく同じプロセスが、そのコンポーネントを備えた生細胞でも発生する可能性があります。これは悪影響につながる可能性があります。たとえば、紫外線の影響下で、チミンの二量体化がDNAで発生し(2つのチミンフラグメントが「くっつく」場合)、分子の構造が歪められます。これらの変更を元に戻すために、セルには特別なエラー訂正メカニズムがあります。これについては、ここで詳しく読むことができます。

以前は、紫外線を吸収する分子と溶媒またはタンパク質との間に水素結合が存在すると、光化学反応の性質が変化することが知られていました。このようなプロセスの最初の段階は、励起された分子から励起されていない隣接分子への水素原子の移動であると考えられています。この現象を直接調査することは困難である、と新作の著者は認めています。しかし、彼らは水素結合があるシステムとないシステムで光分解を比較することに成功しました。

著者らは、200ナノメートルの波長の紫外線にさらされたときのアンモニア分子の挙動を研究しました。化学者は、孤立した分子の電子構造の変化を、水素結合によってリンクされた分子のペアの変化と比較しました。紫外線レーザーの最初のパルスで、科学者たちは分子を励起しました。短い時間間隔(数十フェムト秒のオーダー)の後、すでに光学範囲内にある2番目のパルスが続きました。その助けを借りて、化学者は分子の電子特性に関する情報を入手しました。

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単離された分子の解離とは対照的に、二量体のアンモニアの解離を引き起こさない変換のスキーム(a-> b-> c-> e)

分離されたアンモニア分子は、レーザー励起後に水素原子の1つを失いました。対照的に、水素結合した二量体は化学構造を変化させませんでした。科学者によると、分子の1つが励起された後、そのプロトンはチャネルのように水素結合に沿って隣接する分子に移動し、安定化が起こりました。このプロセスは可逆的であり、ある時点でシステム内で電荷移動が発生し、その後、元の励起されていない状態に戻ります。

著者らは、光分解に対するこの保護メカニズムが生体分子にも存在する可能性があることを示唆しています。したがって、アミノ基(R – NH2)と他の窒素原子の間の類似の水素結合がRNAとDNAの塩基対で発生します。

水素結合は、2つの分子間または同じ分子の異なる部分間で発生する相互作用のタイプの1つです。これは、部分的に負の電荷を帯びている電気陰性原子と、通常は部分的に正の電荷を帯びている水素原子との間の静電相互作用として説明できます。たとえば、水素結合は水分子間で発生します。負に帯電した酸素は、正に帯電した水素を「引き付け」ます。水中に水素結合がない場合は、硫化水素のように、室温で気体である可能性があります。

水中の水素結合により、氷の結晶に似た分子の仲間がいます。これらは短命の物体であり、その分子は絶えず互いに置き換わっています。最近、ストーニーブルック大学の研究者は、液体の水中にあるこれらの「固体」物体の痕跡、つまりフォノン(結晶格子振動量子)を見つけることができました。

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