太阳造成的量子三重态威胁

（神秘的地球报道）据EurekAlert!：长时间暴晒在日光下，其最明显的结果是肤质受到影响，你的皮肤开始起皱变粗糙。除此之外，日光对人体也有一些更为深层次的危害—紫外光会损害DNA，并也会将人体中的蛋白质分解成更小的碎片，这些碎片有时也会破坏DNA, 从而增加皮肤癌和白内障的发病率。 理解这种损害是通过什么途径发生的是研制出与之对抗的保护机制的重要步骤。

瑞士Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)的研究者们展示了小型蛋白质是如何在紫外光的照射下首先分解为量子三重态的。量子三重态一种具有活性的状态，它所能造成的危害要大于蛋白质分子分裂破碎所导致的结果。

他们的研究结果于本周发表在美国物理联合会出版的《化学物理学报》期刊中。研究者们探究了蛋白质的分解过程，这将有助于促进研发出更好的防紫外线辐射的保护机制。

研究者们用紫外激光照射气相的肽分子包括酪氨酸和苯基丙氨酸，这些蛋白质都是人体内具有吸光性能的氨基酸分子。 随后，研究者们使用紫外到红外的光谱技术观察这些分子, 研究它们的结构随时间的变化。最终发现有些分子在紫外光的照射下不是直接分解，而是形成了中间过度的量子三重态。

一般情况下，分子的自旋是配对的—也就是说如果两个电子同时出现，一个自旋指向一个方向，另一个则指向相反的方向。但是在某种情况下，电子的自旋可以翻转从而使两个电子的自旋都在同一个方向上。 这种状态就叫做量子三重态。

因为电子的结构是可以影响分子对外界的反应，了解到电子会经历三重态有助于人们对分子的光致损害的潜在后果有更深一步的了解。

“三重态存在的时间很长，并且参与有害的化学反应，”这篇文章的作者，物理化学家Aleksandra Zabuga如是说。 “存在的时间长”只是一种相对的说法—三重态的存在时间也仅是从微秒量级到毫秒量级—但是仅这段时间也足以对分子造成破坏。

“在这段时间里，三重态分子可以将它们的能量传递给附近的氧原子，从而产生高度活性的单态氧或者其他的自由基。 这些自由基会围绕在细胞周围，对DNA造成破坏，它们比肽的分裂碎片要危险得多，”她说。

一些研究组已经研究了溶液中紫外线光致碎片，并报道了三重态的存在。 但是肽在这样的环境中不易破碎，因为它们会和周围的分子相互作用，通过其他机制变得失去活性，从而缓解破坏。另外，我们人体皮肤中的黑色素和眼睛里的犬尿氨酸可以减少紫外光对细胞的辐射量。

“所有保护肽蛋白的机制都是来自肽的外部环境，这一点很有趣。 换句话说， 肽似乎没有一套有效的自我保护的方法，” Zabuga 说。

下一步，研究者们希望研究区域环境对光致分裂的影响。比如，周围环境中的水分子或者同一条肽链上多余的氨基酸分子有可能会影响量子三重态并改变分裂机制—这是在现实世界的系统中需要考虑的重要因素。