Ini adalah eksitasi UV awal yang mengarah ke fotofragmentasi. Kredit: Michael Kamrath
Penelitian baru menunjukkan bahwa peptida tertentu terdegradasi di bawah sinar UV dengan terlebih dahulu melewati keadaan kuantum triplet, pengaturan reaktif yang dapat menyebabkan kerusakan lebih besar daripada fragmentasi saja.
Efek paling jelas dari terlalu banyak paparan sinar matahari adalah kosmetik, seperti kulit keriput dan kasar. Namun, beberapa kerusakan lebih dalam—sinar ultraviolet dapat merusak DNA, atau asam deoksiribonukleat, adalah molekul yang terdiri dari dua helai nukleotida panjang yang saling melilit untuk membentuk heliks ganda. Ini adalah materi herediter pada manusia dan hampir semua organisme lain yang membawa instruksi genetik untuk perkembangan, fungsi, pertumbuhan, dan reproduksi. Hampir setiap sel dalam tubuh seseorang memiliki DNA yang sama. Sebagian besar DNA terletak di inti sel (yang disebut DNA inti), tetapi sejumlah kecil DNA juga dapat ditemukan di mitokondria (yang disebut DNA mitokondria atau mtDNA).
DNA dan menyebabkan protein dalam tubuh terurai menjadi bagian yang lebih kecil, terkadang berbahaya juga dapat merusak DNA, meningkatkan risiko kanker kulit dan katarak.Memahami jalur spesifik dimana degradasi ini terjadi merupakan langkah penting dalam mengembangkan mekanisme perlindungan terhadapnya.
Para peneliti dari École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Swiss telah menunjukkan bahwa peptida tertentu (protein kecil) terdegradasi di bawah sinar UV dengan terlebih dahulu melewati keadaan kuantum triplet, pengaturan reaktif yang dapat menyebabkan kerusakan lebih besar daripada fragmentasi saja.
Hasilnya, dijelaskan dalam makalah yang muncul minggu ini di The Journal of Chemical Physics, dari AIP Publishing, mengeksplorasi jalur degradasi protein ini dan dapat memfasilitasi pengembangan mekanisme perlindungan UV yang lebih baik.
Para peneliti mengambil peptida fase gas yang mengandung tirosin atau fenilalanin, <div class="wadah teks sel besar-6 kecil-orde-0 besar-orde-1"> <div class="text-wrapper"><br />Asam amino adalah kumpulan senyawa organik yang digunakan untuk membangun protein. Ada sekitar 500 asam amino yang dikenal secara alami, meskipun hanya 20 yang muncul dalam kode genetik. Protein terdiri dari satu atau lebih rantai asam amino yang disebut polipeptida. Urutan rantai asam amino menyebabkan polipeptida terlipat menjadi bentuk yang aktif secara biologis. Urutan asam amino protein dikodekan dalam gen. Sembilan asam amino proteinogenik disebut "esensial" bagi manusia karena tidak dapat diproduksi dari senyawa lain oleh tubuh manusia sehingga harus dikonsumsi sebagai makanan.<br /></div> </div>
asam amino ditemukan di seluruh tubuh kita, dan terkena radiasi laser ultraviolet. Kemudian, mereka menggunakan spektroskopi inframerah-ultraviolet untuk memeriksa perubahan struktural yang dihasilkan dari waktu ke waktu.Mereka menemukan bahwa alih-alih segera terdegradasi setelah tereksitasi, beberapa molekul membentuk keadaan triplet perantara.
Biasanya, spin elektron dipasangkan—jika ada dua elektron, satu spin menunjuk ke satu arah dan yang lainnya menunjuk ke arah yang berlawanan. Namun dalam kondisi tertentu, putaran salah satu elektron dapat membalik sehingga keduanya mengarah ke arah yang sama. Pengaturan ini dikenal sebagai keadaan triplet.
Karena konfigurasi elektronik dapat mempengaruhi bagaimana suatu molekul akan bereaksi, mengetahui bahwa ia melewati keadaan triplet dapat memberikan wawasan tambahan tentang konsekuensi potensial kerusakan foto untuk molekul-molekul ini.
“Keadaan triplet berumur panjang dan dapat terlibat dalam reaksi kimia berbahaya,” kata fisikawan kimia Aleksandra Zabuga, penulis makalah baru tersebut. “Berumur panjang” itu relatif — mereka hanya bertahan dari mikrodetik hingga milidetik — tetapi itu memberi mereka peluang lebih besar untuk melakukan kerusakan.
“Selama waktu itu spesies triplet A adalah sekelompok organisme hidup yang memiliki seperangkat karakteristik umum dan mampu berkembang biak dan menghasilkan keturunan yang subur. Konsep spesies penting dalam biologi karena digunakan untuk mengklasifikasikan dan mengatur keanekaragaman hayati. Ada berbagai cara untuk mendefinisikan suatu spesies, tetapi yang paling banyak diterima adalah konsep spesies biologis, yang mendefinisikan spesies sebagai kelompok organisme yang dapat kawin silang dan menghasilkan keturunan yang layak di alam. Definisi ini banyak digunakan dalam biologi evolusi dan ekologi untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasikan organisme hidup.
spesies dapat mentransfer energinya ke oksigen terdekat dan menghasilkan oksigen singlet yang sangat reaktif atau oksigen bebas lainnya Radikal ini pada gilirannya dapat bergerak di sekitar sel dan menyebabkan kerusakan DNA yang jauh lebih berbahaya daripada fragmentasi peptida, ”katanya.
Sejumlah kelompok penelitian lain telah mempelajari fragmentasi UV dalam larutan dan juga melaporkan adanya keadaan triplet. Namun, peptida cenderung tidak terfragmentasi di lingkungan ini, karena mereka dapat berinteraksi dengan molekul di sekitarnya dan menonaktifkannya melalui mekanisme alternatif, yang memediasi kerusakan. Selain itu, pigmen seperti melanin di kulit kita dan kynurenine di mata kita mengurangi jumlah radiasi UV yang mencapai sel.
“Sangat menarik untuk mempertimbangkan fakta bahwa semua mekanisme perlindungan ini berada di luar peptida. Dengan kata lain, peptida tampaknya tidak memiliki cara yang sangat efisien untuk melindungi diri mereka sendiri,” kata Zabuga.
Di masa depan, para peneliti berharap untuk meneliti dampak lingkungan lokal pada fragmentasi yang disebabkan oleh cahaya. Misalnya, ada kemungkinan bahwa molekul air terdekat atau asam amino tambahan pada rantai peptida yang sama dapat berinteraksi dengan keadaan triplet dan mengubah mekanisme fragmentasi—sebuah pertimbangan penting dalam sistem dunia nyata.
Publikasi : (Dalam pers) Aleksandra V. Zabuga, et al., “Mekanisme fragmentasi peptida tereksitasi UV dalam fase gas,” Jurnal Fisika Kimia, 2014; DOI: 10.1063/1.4897158
Gambar: Michael Kamrath
