Sporing af chiralitet i realtid

Chirale molekyler findes i to former, kaldet enantiomerer, som er spejlbilleder af hinanden og ikke-overlejrede - meget ligesom et par hænder. Mens de deler de fleste kemiske og fysiske egenskaber, kan enantiomerer have negative virkninger i (bio)kemiske fænomener. For eksempel kan et protein eller enzym kun binde én enantiomer form af et målmolekyle. Derfor er identifikation og kontrol af chiralitet ofte nøglen til at designe (bio)kemiske forbindelser, f.eks. i fødevare-, duft- og medicinalindustrien.

En mest almindelig teknik til påvisning af chiralitet kaldes cirkulær dikroisme, som måler, hvordan chirale prøver absorberer venstre- og højre-cirkulært polariseret lys forskelligt for direkte at identificere par af enantiomerer. Cirkulær dikroisme kan også hjælpe med at løse konformationen af ​​et molekyle gennem dets chirale respons - en funktion, der har gjort det til et populært analytisk værktøj i (bio)kemiske videnskaber.

Cirkulær dikroisme har dog hidtil været begrænset i tidsopløsning og spektralområde. Forskere, ledet af Malte Oppermann i gruppen af ​​Majed Chergui ved EPFL, har nu udviklet et nyt tidsopløst instrument, der måler cirkulære dikroismeændringer i brøkdele af et picosekund (en billiontedel af et sekund), hvilket betyder, at det kan tage ultrahurtige snapshots af et molekyles chiralitet gennem hele dets (bio)kemiske aktivitet. Dette gør det muligt at fange kiraliteten af ​​fotoexciterede molekyler og at løse den konformationelle bevægelse, der driver omdannelsen af ​​den absorberede lysenergi.

I et samarbejde med gruppen af ​​Jérôme Lacour ved Universitetet i Genève og Francesco Zinna ved Universitetet i Pisa brugte forskerne den nye metode til at undersøge den magnetiske koblingsdynamik i såkaldte "jernbaserede spin-crossover-komplekser"— en vigtig klasse af metalloorganiske molekyler med lovende anvendelser i magnetiske datalagrings- og behandlingsenheder. Efter årtiers forskning er deaktiveringsmekanismen for deres magnetiske tilstand forblevet uløst, på trods af dens betydning for magnetisk datalagring.

Ved at udføre et tidsopløst cirkulært dikroisme-eksperiment opdagede forskerne, at tabet af magnetisering er drevet af en vridning af molekylets struktur, der forvrænger dets chirale symmetri. Bemærkelsesværdigt nok var holdet også i stand til at bremse henfaldet af den magnetiske tilstand ved at undertrykke den snoede bevægelse i modificerede komplekser.

"Disse banebrydende eksperimenter viser, at tidsopløst cirkulær dikroisme er unikt egnet til at fange den molekylære bevægelse, der driver mange (bio)kemiske processer," siger Malte Oppermann. "Dette tilbyder en ny måde at undersøge udfordrende dynamiske fænomener på - for eksempel de ultrahurtige rotationer af syntetiske molekylære motorer og de konformationelle ændringer af proteiner og enzymer i deres native væskemiljø."

Undersøgelsen er publiceret i Nature Chemistry . + Udforsk yderligere

Chiralitet i realtid