Experiment på ANSTO har gett stöd för oväntad förbättring av biomolekylernas vattenlöslighet i en vattenlösning av tvåvärda övergångsmetallkatjoner.

Upptäckten är viktig för att förstå fysisk, biologiska och kemiska processer involverade i läkemedelsdesign, funktioner och syntes av makromolekyler, och kan till och med ge ledtrådar i förebyggandet av Alzheimers sjukdom.

I grunden fynden kan potentiellt förändra den traditionella synen på interaktioner mellan biomolekyler med metallkatjoner.

Detta forskningsresultat, nyligen publicerad i Fysiska granskningsbrev , är en del av ett internationellt samarbete mellan ANSTO:s Australian Center for Neutron Scattering (ACNS) och forskargruppen för gränsvatten vid Shanghai Institute of Applied Physics (SINAP), Kinesiska vetenskapsakademien, Shanghai, Kina.

Rent generellt, i lösning med många multivalenta övergångsmetalljoner, såsom Cu ²⁺ , Pt ²⁺ , Pd ²⁺ , och Co3+, lösligheten för aromatiska aminosyror minskar betydligt eftersom de flesta av dem kommer att bilda komplexa fällningar med jonerna, som dokumenterat i standardreferenser för kemi och biokemi.

Dock, avsevärt ökad löslighet för tryptofan (Trp) i en CuCl2 -vattenlösning har observerats experimentellt och förutsagts teoretiskt av forskargruppen som leds av professor Haiping Fang vid SIAP.

Detta ovanliga fenomen kan bara observeras under ett särskilt tillstånd av hög lokal koncentration av Cu ²⁺ vid ytan av Trp.

I grunden det tillskrivs den starka interaktionen mellan Cu ²⁺ och den aromatiska ringen i Trp, kallas katjon-pi-interaktionen.

Medförfattare Dr Dehong Yu och Dr Richard Mole utförde mätningar med hjälp av kvasi elastisk neutronspridning (QENS) på Pelican-instrumentet vid ACNS. Experimentet ger direkt bevis på den starka katjon-pi-interaktionen som är ansvarig för den förbättrade lösligheten av Trp i en CuCl2-vattenlösning.

QENS utnyttjar små energiutbyten mellan de diffunderande partiklarna och spridda neutroner, som är direkt relaterad till de diffusiva processerna som äger rum i systemet. Systemets självdiffusionskoefficient kan erhållas från QENS-mätningen.

Den signifikanta skillnaden i diffusionskoefficienter mellan tryptofan med och utan Cu ²⁺ föreslog att tryptofankomplexet innehållande Cu ²⁺ rörde sig mycket långsammare än tryptofan utan Cu ²⁺ .

Denna observation stöder den teoretiska förutsägelsen om förbättring av vattenaffinitet på grund av närvaron av Cu ²⁺ .

"I detta experiment utnyttjar vi fullt ut QENS -förmågan hos Pelican -instrumentet och neutrons höga känslighet för väteatomer för att studera Trp -dynamik under olika miljöer, eftersom QENS -signalen från hela systemet domineras av väteatomerna i tryptofan, "sa Yu.