Pourquoi les radicaux libres causent-ils de tels dommages aux cellules et à l’ADN alors qu’ils n’existent que pendant un milliardième de seconde ?

Les radicaux libres sont des atomes ou des molécules contenant des électrons non appariés qui peuvent causer des ravages dans le corps. Comme des amants abandonnés, les radicaux libres errent à la recherche d’un autre électron, laissant derrière eux des cellules, des protéines et de l’ADN brisés. Le radical hydroxyle est le radical libre le plus agressif en termes chimiques, avec une durée de vie d’à peine un trillionnième de seconde. Ils se forment lorsque l’eau, la molécule la plus abondante dans les cellules, est exposée à des radiations, ce qui lui fait perdre un électron. Dans une recherche précédente, une équipe dirigée par Linda Young, scientifique au Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie, a observé la naissance ultrarapide de ces radicaux libres.

Ce processus a des implications importantes dans des domaines tels que les dommages biologiques induits par la lumière solaire, la restauration de l’environnement, l’ingénierie nucléaire et les voyages dans l’espace. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs, dont certains du Laboratoire national d'accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie, a découvert l'empreinte chimique unique du groupe hydroxyle, qui aidera les scientifiques à suivre les réactions chimiques qu'il déclenche dans des environnements biologiques complexes. Leurs résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters. Au laser à électrons libres Linac Coherent Light Source (LCLS) du SLAC :

En utilisant des impulsions de rayons X d'une durée de quelques trillionnièmes de seconde seulement, les scientifiques ont détecté le radical hydroxyle à durée de vie incroyablement courte. La recherche a ionisé l'eau en projetant un mince faisceau de lumière laser avec des rayons X, l'énergie des rayons X étant suffisamment précise pour exciter les électrons au plus profond des radicaux libres, de sorte qu'ils ont sauté vers une orbite plus élevée spécifique. Lorsque les électrons reviennent sur leurs orbites d'origine, une petite fraction d'entre eux émettent des rayons X avec la signature unique du radical libre, ou spectre. L’équipe de recherche a utilisé de nouveaux outils théoriques pour calculer précisément ces spectres de rayons X et déchiffrer les informations qu’ils contenaient.

Pour poursuivre, l’équipe étudiera ce qui se passe dans les premiers instants de la séparation de l’eau par rayonnement ionisant à une résolution temporelle plus élevée pour en savoir plus sur ce processus. En empruntant cette voie, l’espoir est d’étudier des processus similaires dans des environnements alcalins qui présentent à la fois un intérêt fondamental et des applications urgentes telles que l’assainissement des déchets nucléaires, qui nécessite une compréhension de la chimie complexe qui se produit dans les réservoirs soumis à un bombardement constant de radiations. La diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS) offre une excellente opportunité d'étudier la dynamique ultrarapide dans les liquides.

Ici, les chercheurs ont utilisé RIXS pour étudier l’important radical hydroxyle OH (AQ) dans l’eau liquide. L'ionisation par impulsions de l'eau liquide pure génère une population OH(Aq) de courte durée, qui est détectée à l'aide de rayons X femtosecondes à laser à électrons libres. L'étude a révélé que le RIXS révélait des transitions électroniques localisées masquées par de fortes transitions de transfert de charge dans le spectre d'absorption ultraviolette, fournissant ainsi une méthode pour étudier la structure électronique et la réactivité des radicaux hydroxyles dans l'eau et les environnements multiphasiques. Les calculs de premiers principes ont fourni une explication des principales caractéristiques spectrales.

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Parc Boco | Recherche/De : SLAC National Accelerator Laboratory

Revue de référence : Physical Review Letters

DOI : 10.1103/PhysRevLett.124.236001

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