Chirale moleculen worden gedefinieerd als moleculen die niet op hun spiegelbeelden kunnen worden geplaatst, net als die van de linker- en rechterbotstructuur van de mens. Er zijn veel voorbeelden van chirale moleculen in de natuur, waaronder eiwitten en deoxyribonucleïnezuur (DNA). De dynamische processen van deze chirale moleculen zijn van groot belang voor het begrijpen van hun biologische activiteit. Inderdaad, eiwitaggregatie wordt geassocieerd met veel pathologische aandoeningen, waaronder de ziekte van Alzheimer, die wordt veroorzaakt door de ophoping van bèta-amyloïde fragmenten in de hersenen in de loop van de tijd. Dus, het is belangrijk om dergelijke (chirale) moleculaire aggregatie en conformatie in de tijd te begrijpen en te observeren.

Momenteel beschikbare opties voor het analyseren van moleculaire conformatie omvatten elektronenmicroscopie en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie. Beide methoden vereisen monsterextractie onder zware omstandigheden, een tijdrovend proces dat de moleculaire conformatie van het monster kan beschadigen. De tweede beperking van deze methoden is dat het uiteindelijke resultaat alleen de conformatie van de verbinding op een specifiek tijdstip zal opleveren.

Deze nieuwe methode omvat aggregatie-annihilatie circulair dichroïsme (AACD) en een goed bestudeerd chiraal molecuul genaamd 1, 1'-binafthylderivaten (BN). Er werd waargenomen dat de CD-signalen van het BN werden vernietigd nadat BN-aggregaten waren gevormd, waarschijnlijk te wijten aan de conformationele verandering van de 1, 1'-binapthylgroep tijdens het aggregatieproces.

In hun werk, vier op BN gebaseerde chirale moleculen (respectievelijk P-1 tot P-4) werden gesynthetiseerd door middel van eenvoudige Suzuki-koppelingsreacties. Polymeren met de "open" BN-eenheden vertoonden duidelijke tekenen van door aggregatie vernietigd chiraal dichroïsme (AACD). Toen de BN-eenheden werden vergrendeld, de vernietiging wordt tegengehouden. De polymeren werden eerst opgelost in een organisch oplosmiddel, tetrahydrofuran (THF). De tweede stap omvatte het toevoegen van water, een slecht oplosmiddel voor de polymeren, werd geleidelijk aan de oplossing toegevoegd, wat leidde tot aggregaatvorming. CD-spectra van de verschillende polymeren werden bij verschillende waterfracties genomen en geanalyseerd. Met deze methodologie konden onderzoekers het moleculaire aggregatieproces in realtime analyseren.

Een moleculaire dynamica (MD) simulatie van de polymeren werd uitgevoerd in THF en water om de relatie tussen CD annihilatie en conformationele verandering verder te onderzoeken. Dit model gaf aan dat open P-1 een brede verdeling van tweevlakshoek θ vertoonde, maar vergrendelde P-3 een smalle verdeling. Van oplossing tot aggregaat, de θ in open polymeren (P-1 en P-2) wordt negatiever en een deel van de conformeren ontspant van cisoïde naar transoïde. De θ in vergrendelde polymeren (P-3 en P-4) neemt iets toe en de cisoïde conformatie blijft gedurende het aggregatieproces behouden.

"De combinatie van MD-simulatie en analyse van de verandering van CD-coupletintensiteit en golflengtesplitsing tijdens het aggregatieproces is dus een aantrekkelijke methode voor in-situ en realtime monitoring van de conformatieverandering, " zei HKUST's Prof. Ben-Zhong TANG, die dit onderzoek leidde.

"Dit is een veel goedkopere eenvoudigere methode om conformationele veranderingen in chirale macromoleculen te volgen, betekent dat we deze methode kunnen toepassen om veel biologische processen gemakkelijker te begrijpen, " zei Dr. Haoke ZHANG, een co-auteur van het artikel.