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Measurement of unpaired electron species in dry DNA thin films irradiated with synchrotron soft X-rays around oxygen and nitrogen K-edge studied by EPR

酸素・窒素のK殻イオン化でDNA薄膜中に生じた不対電子種のEPRによる測定

岡 壽崇   ; 横谷 明徳; 藤井 健太郎; 福田 義博; 鵜飼 正敏*

Oka, Toshitaka; Yokoya, Akinari; Fujii, Kentaro; Fukuda, Yoshihiro; Ukai, Masatoshi*

内核電子の励起・イオン化によって引き起こされるDNA変異の物理化学過程を明らかにするため、DNA変異の中間体であるDNAラジカルを調べることのできる電子スピン共鳴装置をSPring-8において開発した。SPring-8の軟X線ビームライン(BL23SU)に設置されたこの装置は、軟X線照射しながらDNA上に生じる不対電子を「その場」測定できる。本研究では、DNA及びDNAを構成する核酸塩基(チミン,シトシン)のEPRスペクトルを酸素及び窒素のXANES領域で測定した。その結果、DNAの周辺に結合している水分子(水和水)の酸素原子に生じた不対電子がDNAへ移動していることが示唆され、水和水が塩基変異の生成に大きな役割を果たしていることが明らかになった。

In order to clarify the physicochemical mechanism of DNA damage induction due to the excitation/ionization of inner-shell electron in DNA constituent atoms, we have developed an X-band EPR spectrometer system at a synchrotron soft X-ray beamline (BL23SU) in SPring-8. In the present work, we obtained the "in situ" EPR spectra of thymine, cytosine and DNA in XANES regions around K-edge of oxygen and nitrogen during the soft X-ray irradiation. The soft X-ray energy dependence of the spin concentration of nucleobase films show similar fine structures to the XANES spectra. However, the short-lived EPR signal intensity of the DNA significantly increases above the oxygen K-shell ionizing threshold energy. These results suggest that the induction processes of the unpaired electron are different for a DNA molecule and particular nucleobases. The hydrated water which strongly bond to the DNA exists even in vacuum may be plays an important role in the induction of unpaired electron.

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