Chirale moleculen bestaan ​​in twee vormen, enantiomeren genaamd, die spiegelbeelden van elkaar zijn en niet over elkaar heen kunnen worden geplaatst, net als een paar handen. Hoewel ze de meeste chemische en fysische eigenschappen gemeen hebben, kunnen enantiomeren nadelige effecten hebben op (bio)chemische verschijnselen. Een eiwit of enzym kan bijvoorbeeld slechts aan één enantiomere vorm van een doelmolecuul binden. Bijgevolg is identificatie en controle van chiraliteit vaak de sleutel tot het ontwerpen van (bio)chemische verbindingen, bijvoorbeeld in de voedings-, geur- en farmaceutische industrie.

Een meest gebruikelijke techniek voor het detecteren van chiraliteit wordt circulair dichroïsme genoemd, dat meet hoe chirale monsters links en rechts circulair gepolariseerd licht anders absorberen om paren van enantiomeren direct te identificeren. Circulair dichroïsme kan ook helpen bij het oplossen van de conformatie van een molecuul door zijn chirale respons - een kenmerk dat het tot een populair analytisch hulpmiddel heeft gemaakt in de (bio)chemische wetenschappen.

Circulair dichroïsme is tot nu toe echter beperkt in tijdresolutie en spectraal bereik. Onderzoekers, onder leiding van Malte Oppermann in de groep van Majed Chergui bij EPFL, hebben nu een nieuw tijdsopgelost instrument ontwikkeld dat veranderingen in circulair dichroïsme meet in fracties van een picoseconde (een biljoenste van een seconde), wat betekent dat het ultrasnelle snapshots kan maken van de chiraliteit van een molecuul tijdens zijn (bio)chemische activiteit. Dit maakt het mogelijk om de chiraliteit van foto-geëxciteerde moleculen vast te leggen en de conformationele beweging op te lossen die de omzetting van de geabsorbeerde lichtenergie aanstuurt.

In een samenwerking met de groep van Jérôme Lacour aan de Universiteit van Genève en Francesco Zinna aan de Universiteit van Pisa, gebruikten de onderzoekers de nieuwe methode om de magnetische schakeldynamiek van zogenaamde "op ijzer gebaseerde spin-crossover-complexen" te onderzoeken. een belangrijke klasse van metallo-organische moleculen met veelbelovende toepassingen in magnetische gegevensopslag- en verwerkingsapparatuur. Na tientallen jaren van onderzoek is het deactiveringsmechanisme van hun magnetische toestand onopgelost gebleven, ondanks het belang ervan voor magnetische gegevensopslag.

Door een in de tijd opgelost circulair dichroïsme-experiment uit te voeren, ontdekten de onderzoekers dat het verlies van magnetisatie wordt veroorzaakt door een verdraaiing van de structuur van het molecuul die de chirale symmetrie ervan verstoort. Opmerkelijk was dat het team ook in staat was het verval van de magnetische toestand te vertragen door de draaiende beweging in gemodificeerde complexen te onderdrukken.

"Deze baanbrekende experimenten laten zien dat in de tijd opgelost circulair dichroïsme bij uitstek geschikt is om de moleculaire beweging vast te leggen die veel (bio)chemische processen aandrijft", zegt Malte Oppermann. "Dit biedt een nieuwe manier om uitdagende dynamische fenomenen te onderzoeken, bijvoorbeeld de ultrasnelle rotaties van synthetische moleculaire motoren en de conformationele veranderingen van eiwitten en enzymen in hun natuurlijke vloeibare omgeving."

De studie is gepubliceerd in Nature Chemistry . + Verder verkennen

Chiraliteit in realtime