Molecular basis of the primary and secondary radiation damage to dna/rna nucleobases

Resumen

La interacción radiación-materia ha sido una de las grandes preocupaciones científicas de los últimos tiempos, y es que es clave para entender la vida en la Tierra tal y como la conocemos. En este contexto, son de especial relevancia los procesos inducidos en sistemas celulares por radicación externa, en particular, aquellos localizados en los ácidos nucleicos, ya que éstos son los portadores de la información genética de todos los seres vivos. Sólo la comprensión de la competitividad entre procesos inocuos y lesivos inducidos por radiación llevará al entendimiento del sutil equilibrio entre integridad y cambio, salud y enfermedad, y en términos más globales, inmovilidad y evolución. La Tesis Doctoral que nos ocupa se ha centrado en estudiar los mecanismos de daño a las bases nitrogenadas del ADN/ARN inducidos por radiación UV y/o ionizante a partir de sus principios fundamentales, mediante el uso de modernas metodologías químico-cuánticas. Los avances en el entendimiento del daño primario causado por radiación UV se han centrado, en primer lugar, en el estudio del decaimiento del estado excitado de tipo pi,pi* de la timina mediante los métodos multiconfiguracionales CASSCF y CASPT2, y en segundo lugar, en el estudio de la competición entre los procesos de formación de excímeros entre moléculas de citosina y la transferencia de hidrógeno entre guanina y citosina, usando como modelo el trímero guanina-citosina/citosina. Por otro lado, los procesos de daño secundario abordados son de dos tipos: oxidativos (causados por radiación UV e ionizante) y reductivos (causados por radiación ionizante). Los procesos oxidantes están mediados en su mayoría por el radical OH, que es capaz de adicionarse a los dobles enlaces de las nucleobases. Estas adiciones térmicas se han estudiado haciendo uso de metodologías basadas en el funcional de la densidad, en la teoría de los clústeres acoplados y de tipo multiconfiguracional, mientras que la espectroscopia y la fotoquímica de los correspondientes aductos se ha caracterizado con precisión mediante el protocolo CASPT2//CASSCF. Por otro lado, los procesos reductivos por adición de átomos de hidrógeno al enlace C5=C6 de las pirimidinas se han abordado mediante la fotogeneración del correspondiente aducto en posición C6 y posterior caracterización experimental y teórica, haciendo también uso del protocolo CASPT2//CASSCF, de sus propiedades ópticas en el rango UV-Vis. Por último, los procesos reductivos mediados por adición de electrones de baja energía, que dan lugar a fragmentaciones de las bases de ADN/ARN, se han estudiado en base a la determinación teórica de las afinidades electrónicas, los umbrales de energía de las reacciones de deshidrogenación, los valores mínimos de energía del estado electrónico pi2- y del mapeo de las superficies de energía potencial de los estados electrónicos relevantes a lo largo de las coordenadas de reacción N-H.