Experimenten bij ANSTO hebben ondersteunend bewijs geleverd van een onverwachte verbetering van de oplosbaarheid in water van biomoleculen in een waterige oplossing van tweewaardige overgangsmetaalkationen.

De ontdekking is belangrijk voor het begrijpen van fysieke, biologische en chemische processen die betrokken zijn bij het ontwerpen van geneesmiddelen, functies en synthese van macromoleculen, en kan zelfs aanwijzingen opleveren voor de preventie van de ziekte van Alzheimer.

Fundamenteel, de bevindingen kunnen mogelijk de traditionele kijk op de interacties tussen biomoleculen met metaalkationen veranderen.

Dit onderzoeksresultaat, onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , maakt deel uit van een internationale samenwerking tussen ANSTO's Australian Centre for Neutron Scattering (ACNS) en de onderzoeksgroep voor grensvlakwater aan het Shanghai Institute of Applied Physics (SINAP), Chinese Wetenschapsacademie, Sjanghai, China.

Over het algemeen, in oplossing met veel meerwaardige overgangsmetaalionen, zoals Cu ²⁺ , Pt ²⁺ , Pd ²⁺ , en Co3+, de oplosbaarheid van aromatische aminozuren neemt aanzienlijk af omdat de meeste van hen complexe precipitaten zullen vormen met de ionen, zoals gedocumenteerd in standaard chemie en biochemie naslagwerken.

Echter, een aanzienlijk verhoogde oplosbaarheid van tryptofaan (Trp) in een waterige CuCl2-oplossing is experimenteel waargenomen en theoretisch voorspeld door de onderzoeksgroep onder leiding van professor Haiping Fang bij SIAP.

Dit ongewone fenomeen kan alleen worden waargenomen onder een speciale voorwaarde van hoge lokale concentratie van Cu ²⁺ aan het oppervlak van Trp.

Fundamenteel, het wordt toegeschreven aan de sterke interactie tussen Cu ²⁺ en de aromatische ring in Trp, aangeduid als de kation-pi-interactie.

Co-auteurs Dr. Dehong Yu en Dr. Richard Mole voerden metingen uit met behulp van quasi-elastische neutronenverstrooiing (QENS) op het Pelican-instrument bij ACNS. Het experiment levert direct bewijs van de sterke kation-pi-interactie die verantwoordelijk is voor de verbeterde oplosbaarheid van Trp in een waterige CuCl2-oplossing.

QENS maakt gebruik van kleine energie-uitwisselingen tussen de diffunderende deeltjes en verstrooide neutronen, die direct verband houdt met de diffusieprocessen die in het systeem plaatsvinden. De zelfdiffusiecoëfficiënt van het systeem kan worden verkregen uit de QENS-meting.

Het significante verschil in diffusiecoëfficiënten tussen tryptofaan met en zonder Cu ²⁺ suggereerde dat het tryptofaancomplex dat Cu . bevat ²⁺ bewoog veel langzamer dan de tryptofaan zonder Cu ²⁺ .

Deze waarneming ondersteunt de theoretische voorspelling van de verbetering van de wateraffiniteit door de aanwezigheid van Cu ²⁺ .

"In dit experiment maken we volledig gebruik van de QENS-capaciteit van het Pelican-instrument en de hoge gevoeligheid van neutronen voor waterstofatomen om de Trp-dynamiek onder verschillende omgevingen te bestuderen, aangezien het QENS-signaal van het hele systeem wordt gedomineerd door de waterstofatomen in tryptofaan, " zei Yu.