Structures géométriques optimisées et énergies d'interaction entre les molécules d'eau et Trp avec et sans Cu 2+ adsorption. Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Les expériences de l'ANSTO ont fourni des preuves à l'appui d'une amélioration inattendue de la solubilité dans l'eau des biomolécules dans une solution aqueuse de cations divalents de métaux de transition.
La découverte est importante pour la compréhension physique, processus biologiques et chimiques impliqués dans la conception de médicaments, fonctions et synthèse de macromolécules, et peut même fournir des indices dans la prévention de la maladie d'Alzheimer.
Fondamentalement, les résultats peuvent potentiellement changer la vision traditionnelle des interactions entre les biomolécules et les cations métalliques.
Ce résultat de recherche, récemment publié dans Lettres d'examen physique , fait partie d'une collaboration internationale entre le Centre australien de diffusion des neutrons (ACNS) de l'ANSTO et le groupe de recherche sur l'eau interfaciale de l'Institut de physique appliquée de Shanghai (SINAP), Académie chinoise des sciences, Shanghaï, Chine.
Généralement, en solution avec de nombreux ions de métaux de transition multivalents, comme Cu 2+ , pt 2+ , PD 2+ , et Co3+, la solubilité des acides aminés aromatiques diminue significativement car la plupart d'entre eux vont former des précipités complexes avec les ions, tel que documenté dans les ouvrages de référence standard de chimie et de biochimie.
Cependant, une solubilité considérablement accrue du tryptophane (Trp) dans une solution aqueuse de CuCl2 a été observée expérimentalement et prédite théoriquement par le groupe de recherche dirigé par le professeur Haiping Fang au SIAP.
Données de coefficient de diffusion translationnel en fonction du transfert de quantité de mouvement . Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Ce phénomène inhabituel ne peut être observé que dans des conditions particulières de forte concentration locale de Cu 2+ à la surface de Trp.
Fondamentalement, il est attribué à la forte interaction entre Cu 2+ et le cycle aromatique en Trp, appelée interaction cation-pi.
Les co-auteurs Dr Dehong Yu et Dr Richard Mole ont effectué des mesures à l'aide de la diffusion quasi élastique des neutrons (QENS) sur l'instrument Pelican de l'ACNS. L'expérience fournit une preuve directe de la forte interaction cation-pi responsable de la solubilité accrue de Trp dans une solution aqueuse de CuCl2.
QENS exploite les petits échanges d'énergie entre les particules diffusantes et les neutrons diffusés, qui est directement lié aux processus de diffusion qui se déroulent dans le système. Le coefficient d'autodiffusion du système peut être obtenu à partir de la mesure QENS.
La différence significative des coefficients de diffusion entre le tryptophane avec et sans Cu 2+ suggéré que le complexe tryptophane contenant Cu 2+ déplacé beaucoup plus lentement que le tryptophane sans Cu 2+ .
Cette observation appuie la prédiction théorique de l'amélioration de l'affinité de l'eau due à la présence de Cu 2+ .
"Dans cette expérience, nous utilisons pleinement la capacité QENS de l'instrument Pelican et la haute sensibilité des neutrons aux atomes d'hydrogène pour étudier la dynamique Trp dans différents environnements, comme le signal QENS de l'ensemble du système est dominé par les atomes d'hydrogène dans le tryptophane, " dit Yu.
