Рентген лазерийн тусламжтайгаар усан дахь агшин зуурын шилжилтийг
өндөр хурдны “электрон камер”-аар ажиглажээ
Энэ нь гидроксил-гидрониум (hydroxyl-hydronium) комплекс нэгдлийг анх удаа шууд ажиглаж чадсан байна. Уг комплекс нэгдэл нь сүүлт одноос эхлээд хавдрын эмчилгээ, хими биологийн зэрэг олон талын ач холбогдолтой юм. Өндөр энергитэй цацраг усны молекултай үйлчлэснээр эгшин зуурт явагдах урвалуудыг эхлүүлдэг байна. Тухайлбал, усны молекулын (H2O) аль нэг электроныг сугалснаар эерэг цэнэгтэй ионжсон усны молекул үүснэ. Ионжсон усны молекул нь пикосекундын хугацааны дотор зэргэлдээх усны молекулдаа протон дамжуулдаг байна. Энэ хувирлаас зонхилж үүсдэг гидроксил (OH) радикал нь ДНХ, РНХ, уураг зэрэг амьд организмын макро молекулуудад дам нөлөө учруулдаг. Үүнтэй зэрэгцэн үүсэх гидрониум (H3O+) ион нь од хоорондын орчин, сүүлт од зэрэгт элбэг байдаг байна.
Гидроксил-гидрониум гэх тогтворгүй
хосыг бүртгэв.
АНУ дахь Энергийн газрын (DOE) Аргонне үндэсний
лабораторийн (ANL) эрдэмтдээр
ахлуулсан баг анх
удаа шингэн усыг ионжуулсны дараа асар
хурдан явагдах протон
дамжуулах урвалыг баталгаажуулах зорилготой, Стенфордын шугаман хурдасгуурын төвийн (SLAC) рентген лазерийг (Liac Coherent Light Source) туршилтанд хэрэглэжээ.
Гэхдээ судлаачид өнөөг
хүртэл гидроксил-гидрониумын
хосыг урвалаас үүсэх үед хараахан
ажиглаж чадаагүй байна гэж 2020
оны Шинжлэх ухааны (Science) сэтгүүлд тэмдэглэсэн байна.
“Лазер
мэс засал болон цацрагийн
эмчилгээний явцад уг
тогтворгүй шинж чанартай
комплекс нэгдэл
үүсдэг байна.
Мэдээж энэ нь хүний бие махбодид химийн урвалыг өдөөх боломжтой” гэж Стенфордын шугаман хурдасгуурын төвийн эрдэмтэн,
судалгааны багийн
удирдагч Мин-Фу Лин
хэлсэн байна. “Өөр нэг сонирхолтой зүйл гэвэл,
энэ комлекс нэгдэл ундны усанд агуулагдах бичил биетнийг устгаж ариутгахад оролцдог
байна. Мөн
өөр төрлийн цацрагаар иончлогдсон ус нь цөмийн эрчим хүчний эх үүсгэвэрт ач холбогдолтой юм. Уг комплекс нэгдлийг урьдчилан үнэлэх симуляцийн судалгаа маш олон хийгдэж байгаа ч
эцэст нь бид тэдгээрийн үүссэн хэлбэрийг туршилтаар шууд ажиглаад байна.” гэж мэдээлжээ.
Энэхүү судлаачид, маш богино настай гидроксил-гидрониумын хосыг ажиглахдаа хүний үсний өргөнөөс 1000 дахин нарийхан буюу 100 нм өргөнтэй шингэн усны тасралтгүй урсгал бий болгож өндөр эрчимтэй лазераар усны молекулуудыг ионжуулжээ. Тэд MeV-UED гэх төхөөрөмжийн өндөр энергитэй электронуудын богино пульсээр молекулуудыг хэлбэлзүүлж улмаар иончлолын процессийг эгшин зуурын өндөр нарийвчлалтай дифракцийн зураглалуудаар гарган авсан байна. Уг дифракцийн зураглал нь тэдэнд хүчилтөрөгчийн атом хоорондын холбоос болон хүчилтөрөгч, устөрөгчийн атом хоорондын холбоосыг ижил хугацаанд хэмжих боломжийг олгосон байна. Ингэснээр энэхүү тогтворгүй комплекс нэгдлийг таниж чаджээ.
Рентген лазерийн
хэмжилтийн утга болон молекуляр динамикийн симуляци
хоорондын хослох түгэлтийн функцийн (pair distribution function) харьцаа.
Хэвтээ баганаар атом хоорондын
холбоосын уртыг илэрхийлсэн байна. Хослох түгэлтийн функц нь ямар нэг эзэлхүүнд тухайн атомыг сонгож аваад
түүнээс r зайд байгаа атомуудыг
таних магадлалыг илэрхийлдэг байна. “Мөн молекуляр динамикийн симуляцийн тооцооноос
348-473К температурын хооронд тусгайлан гаргасан О∙∙O хос атомын түгэлтийг рентген туяаны хэмжилтын утгатай
сайн тохирч байсан” гэж дурджээ.
Химийн
урвалыг шууд харах боломж
Эдгээр судлаачид өндөр хурдны “электрон камера”-ийн зураглах хурдыг
нэмэгдүүлснээр протон дамжуулах процессийг гидроксил-гидрониумын хос үүсэхээс нь
өмнө шууд хэмжих боломжтой
гэж төсөөлжээ. Нөгөө санаа нь тэд усны молекулаас
сугарсан электроныг нь ажигласнаар энэ процесст хэрхэн нөлөөлж байгааг илүү
гүнзгий ойлгоно гэж найдсан байна. Онолын
тооцоог удирдан
явуулсан Стэнфордын их сургуулийн механик
инженерийн тэнхимийн дэд профессор Маттиас
Ихме хэлэхдээ “Дээрх хоёр санаа нь симуляцийн төвшинд эрчимтэй судлагдаж байгаа юм. Гэвч
онолын судалгаатай харьцуулсан
бүтцийн хэмжилт одоогоор хийгдээгүй
байна. Харин эдгээр
хэмжилт нь энэхүү
процессийг урьдчилан таамаглах зорилгоор өөрсдийн дэвшүүлсэн онолын
загвараа шалгахад илүү ач холбогдолтой байгаа юм.” гэсэн байна.
“Химийн
урвалын үед үүсэх олон завсрын төлөв байдал нь тодорхойгүй эсвэл шууд ажиглагдахгүй байна” гэж Стенфордын шугаман хурдасгуурын төвийн хүндэт
ажилтан, судалгааны хамтрагч Сижие Ван нэмж хэлсэн байна. Мөн “Бид янз бүрийн богино настай комплекс нэгдлүүдийг химийн
урвал явагдах үед нь таних
цонхыг MeV-UED төхөөрөмжийн тусламжтайгаар нээх болно.” гэж дурдсан байна.
MeV-UED бол уг судалгааг санхүүжүүлэгч АНУ дахь энергийн газрын албаны нэрийн өмнөөс, Стенфордын шугаман хурдасгуурын төвд байрлах хэрэглээний факултетийн төхөөрөмж
юм.
Мэдээ бэлтгэсэн: Цацрагийн биофизикийн лабораторийн ЭШДаА, Т.Тогтохтөр
Эх сурвалж: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211002123011.htm