Midiendo el pH localmente con la espectroscopia de terahercios
Nuevo método para determinar un valor de pH local cerca de un sitio específico de una biomolécula
Hoy en día, es fácil determinar un pH promedio para grandes cantidades de líquido. Sin embargo, es un desafío definir un valor de pH local.
¿Cuál es el valor de pH de una solución acuosa? Esta pregunta no es fácil de responder a nivel molecular.
© RUB, Marquard
Los investigadores de la 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 fiable con un medidor de pH sólo ha sido posible en un conjunto más grande, o en un bulto homogéneo. El nuevo procedimiento, que se basa en la espectroscopia de terahercios, es descrito por el equipo del Cluster de Excelencia Ruhr Explores Solvation, Resolv para abreviar, en la revista Angewandte Chemie International Edition, publicada en línea por adelantado el 6 de noviembre de 2020.
Los equipos de la Cátedra de Química Física II, dirigida por la profesora Martina Havenith, y de la Cátedra de Química Teórica, dirigida por el profesor Dominik Marx, cooperaron durante el trabajo. "Cada vez hay más pruebas de que las reacciones biológicas no dependen tanto de las propiedades químicas globales de una solución, sino que las condiciones locales en la proximidad inmediata de una enzima son cruciales", dice Martina Havenith. Esto incluye, por ejemplo, el valor del pH o el estado de carga local.
"Es importante para nosotros ser capaces no sólo de medir estas propiedades locales sino también de calcular de forma predictiva - por ejemplo, si queremos optimizar las condiciones de disolución para utilizar las enzimas como biocatalizadores", dice Dominik Marx.
Las 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 lo tanto, el ácido puede estar presente en diferentes estados de protonación, que pueden ser variados cambiando el pH de la solución.
Los químicos examinaron las soluciones de glicina utilizando la espectroscopia de terahercios (THz). Utilizan la radiación de transmisión en la frecuencia de THz en la solución, que absorbe parte de la radiación. Los investigadores presentan el patrón de absorción en un rango de frecuencias determinado en forma de un espectro. Al mismo tiempo, también simulan los espectros de THz de estas soluciones acuosas para diferentes condiciones de pH.
Diferentes espectros según el valor del pH
Los espectros difieren significativamente dependiendo del estado de protonación de la glicina. Los dos grupos investigaron por qué era así utilizando complejas simulaciones por ordenador, 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 esta manera, mostraron cómo los diferentes estados de protonación se reflejaban en el espectro. Mientras que la glicina desprotonada (pH alto) no causa casi ninguna 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, la glicina zwitterion (pH neutro), estaba en medio. Los investigadores obtuvieron así una especie de huella de protonación, medida 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 para 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.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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