COMO UMA LETRA DO DNA SOBREVIVE A UM GOLPE DE ULTRAVIOLETA

As bases do DNA absorvem fortemente a luz ultravioleta e, mesmo assim, são notavelmente estáveis: livram-se da energia em instantes, sem emitir luz. Essa capacidade protege o material genético. A timina é especialmente importante, explica o artigo, porque sua excitação pela luz ultravioleta pode dar início ao tipo mais comum de dano ao DNA causado por UV, o chamado dímero de pirimidina ciclobutano. Esse dano pode se formar em instantes, ou mais tarde, por meio de estados tripletos de vida mais longa, um arranjo diferente dos spins dos elétrons.

Então, para onde vai a energia da timina? Estudadas em água, cerca de 80% das moléculas excitadas voltam diretamente ao estado de repouso em menos de 100 femtossegundos (milionésimos de bilionésimo de segundo). Isolada num gás, a timina não pega esse atalho: toda a energia passa para outro estado excitado. Depois de 100 picossegundos, aparece um “estado escuro” de vida longa, muitas vezes atribuído a um tripleto — em grande parte com base em quanto tempo ele dura.

Cinco átomos como cinco repórteres

Xiaojun Wang, Markus Gühr e colegas do laboratório DESY, em Hamburgo, com teóricos na Coreia do Sul (Universidade Nacional de Kyungpook) e na França (Universidade de Aix-Marselha e CNRS), usaram uma técnica que chamam de espectroscopia de fotoelétrons de raios X multicentro resolvida no tempo.

O princípio: um flash ultravioleta (263 nanômetros, com cerca de 80 femtossegundos de duração) excita moléculas de timina evaporadas de um forno a 180 °C. Um pulso curto de raios X moles do laser de elétrons livres FLASH arranca então um elétron interno de um átomo de carbono. A energia desse elétron depende do ambiente eletrônico do átomo, de modo que cada um dos cinco átomos de carbono da timina — quatro no anel, um em seu pequeno grupo metila — relata o que acontece à sua volta. Os atrasos foram de algumas dezenas de femtossegundos até um nanossegundo, quase seis ordens de grandeza, e a alta taxa de pulsos deu dados limpos em apenas duas horas. Cálculos de química quântica dos espectros esperados para cada estado serviram de chave para interpretá-los.

O caminho, passo a passo

Um ajuste com quatro estados sucessivos dá:

1. O primeiro estado excitado dura 92 ± 18 femtossegundos.
2. Um segundo estado singleto, “escuro”, prende a molécula por 6,3 ± 0,2 picossegundos. Os cálculos mostram por quê: o caminho de volta ao estado de repouso a partir dali fica cerca de 1,6 elétron-volt morro acima.
3. Vem então o estado escuro de vida longa — e aqui está a surpresa. Nos primeiros 240 picossegundos, aproximadamente, seu sinal não é um tripleto puro, mas uma mistura de um estado singleto ainda mais relaxado com o tripleto.
4. Só depois disso a população se torna um tripleto puro, que dura além da janela de um nanossegundo. Uma barreira de 1,33 elétron-volt o impede de voltar ao estado de repouso.

Os cálculos também mostram que o salto do singleto para o tripleto pode ir diretamente ao tripleto mais baixo, por um ponto de cruzamento só cerca de 0,5 elétron-volt acima do singleto aprisionado, sem parar num tripleto intermediário. A mistura explica um enigma, observam os autores: um estudo anterior mediu um rendimento de tripleto de cerca de 86%, e a parcela que faltava corresponde ao ramo singleto que eles identificam.

Um anel que respira

Nos primeiros 200 femtossegundos, o sinal oscila a cerca de 730 cm⁻¹ — uma vibração com período de 46 femtossegundos, a “respiração” do anel da timina. Ela sobrevive ao primeiro salto entre estados excitados, e simulações sugerem que a vibração permanece em fase por até cerca de 750 femtossegundos. Como os raios X observam vários átomos, a equipe pôde ver que átomos diferentes respondem em oposição de fase: quando o anel se expande, o sinal de um carbono aumenta enquanto o de outros dois enfraquece.

Os dois trabalhos do grupo metila

A descoberta mais marcante diz respeito ao grupo metila, um carbono com três hidrogênios ligado ao anel. Durante as primeiras etapas, singleto, ele não participa eletronicamente: é um “espectador inercial”, cuja massa freia um movimento de torção do anel que, de outro modo, deixaria a molécula voltar diretamente ao estado de repouso. Quando o tripleto se forma, seu papel se inverte. Seus elétrons se acoplam ao anel por um efeito chamado hiperconjugação, seu sinal de raios X se desloca cerca de 2 elétron-volts, e ele se torna o marcador mais sensível de que o tripleto apareceu.

Um gás, não uma célula

Essas medições foram feitas com moléculas de timina isoladas num gás, que se comportam de modo diferente da timina em água ou dentro do DNA. A natureza exata do estado singleto intermediário continua indefinida; os autores propõem medições de raios X nos átomos de oxigênio com atrasos longos para isolá-lo. Eles também afirmam que usaram IA para melhorar a legibilidade e a linguagem do manuscrito.