Investigadores de Ruhr-Universität Bochum han desarrollado un nuevo método para determinar un valor de pH local cerca de un sitio específico de una biomolécula. Una medición confiable con un medidor de pH solo es posible en un conjunto más grande, o masa homogénea. El nuevo procedimiento, que se basa en espectroscopia de terahercios, es descrito por el equipo de Resolv en la revista Edición internacional Angewandte Chemie , publicado en línea por adelantado el 6 de noviembre de 2020.
Los equipos de la Cátedra de Química Física II liderados por la profesora Martina Havenith y de la Cátedra de Química Teórica liderada por el profesor Dominik Marx colaboraron durante el trabajo. "Existe una mayor evidencia de que las reacciones biológicas no dependen tanto de las propiedades químicas globales de una solución, sino de que las condiciones locales en las inmediaciones de una enzima son cruciales". "dice Martina Havenith. Esto incluye, por ejemplo, el valor de pH o el estado de carga local.
"Es importante para nosotros poder no solo medir estas propiedades locales, sino también calcular de manera predictiva, por ejemplo, si queremos optimizar las condiciones de solvatación para el uso de enzimas como biocatalizadores, "dice Dominik Marx.
Pruebas con el aminoácido glicina.
Los científicos trabajaron con una solución del aminoácido glicina. Tiene dos grupos funcionales que pueden recoger o liberar protones. Por tanto, el ácido puede estar presente en diferentes estados de protonación, que se puede variar cambiando el pH de la solución.
Los químicos examinaron las soluciones de glicina mediante espectroscopía de terahercios (THz). Usan radiación de transmisión en la frecuencia THz en la solución, que absorbe parte de la radiación. Los investigadores presentan el patrón de absorción en un rango de frecuencia dado en forma de espectro. Al mismo tiempo, también simulan los espectros de THz de estas soluciones acuosas para diferentes condiciones de pH.
Diferentes espectros en función del valor de pH
Los espectros diferían significativamente dependiendo del estado de protonación de la glicina. Los dos grupos investigaron por qué este era el caso utilizando complejas simulaciones por computadora, llamadas simulaciones de dinámica molecular ab initio. Este método permite a los investigadores asignar ciertas áreas de un espectro, llamadas bandas, a los movimientos de diferentes enlaces en la molécula. De este modo, mostraron cómo los diferentes estados de protonación se reflejaban en el espectro. Mientras que la glicina desprotonada (pH alto) casi no causa absorción en esta parte del espectro de terahercios, La glicina protonada (pH bajo) produce bandas de absorción claramente visibles. El espectro de un estado intermedio, el zwiterión de glicina (pH neutro), estaba en el medio. Los investigadores obtuvieron así una especie de huella dactilar de protonación, medido en función del pH. Demostraron que la intensidad del espectro en el rango de 0 a 15 terahercios se correlaciona con el pH.
En experimentos posteriores, los investigadores demostraron que el método también funciona para otras biomoléculas, es decir, el aminoácido valina y péptidos pequeños. "En el futuro, este hallazgo fundamental nos abrirá nuevas oportunidades para determinar de forma no invasiva los estados de carga locales en la superficie de las biomoléculas, "resume Martina Havenith.
