Optimerede geometriske strukturer og interaktionsenergier mellem vandmolekyler og Trp med og uden Cu 2+ adsorption. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Eksperimenter hos ANSTO har givet beviser for uventet forbedring af biomolekylers vandopløselighed i en vandig opløsning af toværdige overgangsmetalkationer.
Opdagelsen er vigtig for at forstå fysisk, biologiske og kemiske processer involveret i lægemiddeldesign, funktioner og syntese af makromolekyler, og kan endda give spor i forebyggelsen af Alzheimers sygdom.
Grundlæggende, fundene kan potentielt ændre det traditionelle syn på interaktionerne mellem biomolekyler med metalkationer.
Dette forskningsresultat, for nylig udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , er en del af et internationalt samarbejde mellem ANSTOs Australian Center for Neutron Scattering (ACNS) og forskningsgruppen for grænsefladevand ved Shanghai Institute of Applied Physics (SINAP), Det Kinesiske Videnskabsakademi, Shanghai, Kina.
Generelt, i løsning med mange multivalente overgangsmetalioner, såsom Cu 2+ , Pt 2+ , Pd 2+ , og Co3+, opløseligheden af aromatiske aminosyrer falder betydeligt, fordi de fleste af dem vil danne komplekse bundfald med ionerne, som dokumenteret i standard kemi og biokemi opslagsværker.
Imidlertid, betydeligt øget opløselighed af tryptophan (Trp) i en vandig CuCl2 -opløsning er blevet observeret eksperimentelt og teoretisk forudsagt af forskningsgruppen ledet af professor Haiping Fang ved SIAP.
Translational diffusionskoeffektive data som en funktion af momentumoverførsel. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Dette usædvanlige fænomen kan kun observeres under en særlig betingelse med høj lokal koncentration af Cu 2+ på overfladen af Trp.
Grundlæggende, det tilskrives det stærke samspil mellem Cu 2+ og den aromatiske ring i Trp, kaldet kation-pi-interaktionen.
Medforfattere Dr Dehong Yu og Dr. Richard Mole udførte målinger ved hjælp af kvasi elastisk neutronspredning (QENS) på Pelican-instrumentet på ACNS. Eksperimentet giver direkte bevis på den stærke kation-pi-interaktion, der er ansvarlig for den forbedrede opløselighed af Trp i en CuCl2-vandig opløsning.
QENS udnytter små energiudvekslinger mellem de diffunderende partikler og spredte neutroner, som er direkte relateret til de diffusive processer, der finder sted i systemet. Systemets selvdiffusionskoefficient kan opnås ved QENS-måling.
Den signifikante forskel i diffusionskoefficienter mellem tryptophan med og uden Cu 2+ foreslog, at tryptophankomplekset indeholdende Cu 2+ bevægede sig meget langsommere end tryptophanen uden Cu 2+ .
Denne observation understøtter den teoretiske forudsigelse af forbedring af vandaffinitet på grund af tilstedeværelsen af Cu 2+ .
"I dette eksperiment udnytter vi fuldt ud QENS -funktionen i Pelican -instrumentet og neutrons høje følsomhed over for hydrogenatomer til at studere Trp -dynamik under forskellige miljøer, da QENS -signalet fra hele systemet domineres af hydrogenatomerne i tryptophan, "sagde Yu.