Электронная структура ДНК раскрыта впервые

Учёные из Еврейского университета в Иерусалиме и других институтов, используя методику, сочетающую низкотемпературные измерения и теоретические расчёты, впервые раскрыли электронную структуру отдельных молекул ДНК.

Знание электронных свойств ДНК важно для многих научных областей — от биохимии до нанотехнологий. Например, это необходимо для изучения повреждений ДНК ультрафиолетовым излучением, которое может вызывать образование свободных радикалов и генетические мутации. В таких случаях репарация ДНК происходит спонтанно посредством переноса электронного заряда вдоль спирали ДНК, что восстанавливает повреждённые молекулярные связи.

В нанобиоэлектронике — передовой области, посвящённой изучению биологических молекул (например, для создания электрических наносхем), — предполагается, что ДНК или её производные могут стать проводящими молекулярными проводами для создания молекулярных вычислительных сетей. Такие сети будут меньше и эффективнее современных кремниевых технологий.

Полученные в этом проекте знания также могут быть полезны для современных попыток разработать новые сложные, надёжные, быстрые и дешёвые способы расшифровки последовательности человеческой ДНК.

Исследование, опубликованное в престижном журнале Nature Materials, стало результатом международного сотрудничества. Эксперименты проводил Эррез Шапир под руководством доктора Дэнни Пората с факультета физической химии и Центра нанонауки и нанотехнологий Еврейского университета, а также доктора Розы Ди Феличе из центра S3 INFM-CNR в Модене, Италия. В проекте также участвовали профессор Александр Котляр из Тель-Авивского университета (синтез молекул), суперкомпьютерный центр CINECA в Италии и профессор Джанаурелио Куниберти из Университета Регенсбурга, Германия.

В своей работе исследователи смогли расшифровать электронную структуру ДНК и понять, как электроны распределяются по различным частям двойной спирали. Этот результат учёные пытались получить много лет, но ранее этому мешали технические проблемы.

Успех проекта был достигнут благодаря сотрудничеству экспериментаторов и теоретиков. Они работали с длинными и однородными молекулами ДНК при температуре -195 °C, используя сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) для измерения тока, проходящего через молекулу, нанесённую на золотую подложку. Затем с помощью теоретических расчётов на основе решения квантовых уравнений была получена электронная структура ДНК, соответствующая измеренному току. Эти результаты также позволяют идентифицировать части двойной спирали, которые вносят вклад в поток заряда вдоль молекулы.

Источник: Еврейский университет в Иерусалиме.