フリーラジカルはたった1兆分の1秒しか存在しないのに、なぜ細胞やDNAにこれほど大きなダメージを与えるのでしょうか?

フリーラジカルは不対電子を持つ原子または分子であり、身体に大きな損害を与える可能性があります。捨てられた恋人のように、フリーラジカルは別の電子を探してさまよい歩き、粉々になった細胞、タンパク質、DNAを残します。ヒドロキシルラジカルは化学的に最も攻撃的なフリーラジカルであり、その寿命はわずか 1 兆分の 1 秒です。これらは、細胞内に最も多く存在する分子である水が放射線にさらされ、電子を失うことによって形成されます。以前の研究では、米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の科学者リンダ・ヤング氏が率いるチームが、これらのフリーラジカルの超高速生成を観察した。

このプロセスは、太陽光による生物学的損傷、環境修復、原子力工学、宇宙旅行などの分野に重要な影響を及ぼします。現在、米国エネルギー省のSLAC国立加速器研究所を含む研究者チームが、ヒドロキシル基の独特な化学的特徴を解明した。これは科学者が複雑な生物学的環境においてヒドロキシル基が引き起こす化学反応を追跡するのに役立つだろう。彼らの研究結果は「Physical Review Letters」誌に掲載されている。 SLAC の Linac Coherent Light Source (LCLS) 自由電子レーザー:

わずか数兆分の1秒しか持続しないX線パルスを使用して、科学者たちは信じられないほど短寿命のヒドロキシルラジカルを検出しました。この研究では、X線を照射した細いレーザー光線で水をイオン化した。X線のエネルギーは、フリーラジカル内部の奥深くにある電子を励起するのに十分であり、これによりフリーラジカルは特定の高軌道にジャンプした。電子が元の軌道に戻ると、そのごく一部がフリーラジカルの固有の特徴、つまりスペクトルを持つX線を放出します。研究チームは新たな理論的ツールを用いてこれらのX線スペクトルを正確に計算し、そこに含まれる情報を解読した。

研究チームは、このプロセスについてさらに詳しく知るために、イオン化放射線による水の分解の最初の瞬間に何が起こるかを、より高い時間分解能で研究する予定です。この道を進むことで、基本的な関心事であると同時に、放射性廃棄物の修復など差し迫った応用でもあるアルカリ環境における同様のプロセスを研究することが期待されます。放射性廃棄物の修復には、継続的な放射線の衝撃を受けるタンク内で起こる複雑な化学反応の理解が必要です。共鳴非弾性 X 線散乱 (RIXS) は、液体中の超高速ダイナミクスを研究する絶好の機会を提供します。

ここで、研究者らは RIXS を使用して、液体の水に含まれる重要なヒドロキシルラジカル OH (AQ) を研究しました。純粋な液体の水をパルスイオン化すると、短寿命の OH(Aq) 集団が生成され、X 線自由電子レーザーのフェムト秒 X 線を使用して検出されます。この研究では、RIXS によって、紫外線吸収スペクトルにおける強い電荷移動遷移によって隠されていた局所的な電子遷移が明らかになり、水中および多相環境におけるヒドロキシルラジカルの電子構造と反応性を研究する方法が提供されることがわかりました。第一原理計算により、主なスペクトル特性が説明されました。

博歌園｜www.bokeyuan.net

ボコパーク |研究/出典: SLAC 国立加速器研究所

参考ジャーナル: Physical Review Letters

論文番号: 10.1103/PhysRevLett.124.236001

BoKeYuan｜科学、技術、研究、ポピュラーサイエンス