Körkörös dichroizmus

Azt mondjuk, hogy egy anyag mutat cirkuláris dikroizmus ha elnyeli a fény eltérő attól függően, hogy a polarizáció a jobb körkörös vagy balra cirkuláris .

Bármely fényhullám polarizációja két részre bontható: az egyik jobb kör alakú (PCD) és a másik bal kör alakú (PCG). Körkörös dichroizmus jelenlétében a két komponens egyike gyorsabban felszívódik, mint a másik. Ez a tulajdonság inkább a folyadékokban és az oldatokban található meg a molekulák szerkezete miatt . Feltételezzük, hogy a cikk további részében ez a helyzet.

A jelenséget Aimé Cotton francia fizikus fedezte fel 1896-ban.

Elmélet

A dikroikus közeg abszorbanciájának két értéke van, amelyek a két kör alakú polarizációhoz kapcsolódnak: és . Ezután meghatározzuk a két abszorbancia közötti különbséget: ${\ displaystyle A_ {G}}$ ${\ displaystyle A_ {D}}$

{\ displaystyle \ Delta A = A_ {G} -A_ {D} \,}

Ez a nagyság a hullámhossztól függ, vagyis az alkalmazott fényhullám színétől.

A fenti egyenlőséget a Beer-Lambert törvény segítségével is kifejezhetjük :

{\ displaystyle \ Delta A = (\ epsilon _ {G} - \ epsilon _ {D}) Cl \,}

hol és hol vannak a könnyű PCG és PCD megfelelő moláris abszorpcióképességei , C a moláris koncentráció , és l a megtett hossz. ${\ displaystyle \ epsilon _ {G} \,}$ ${\ displaystyle \ epsilon _ {D} \,}$

Ezután meghatározzuk a körkörös dikroizmust :

{\ displaystyle \ Delta \ epsilon = \ epsilon _ {G} - \ epsilon _ {D} \,}

A mért mennyiség azonban nem közvetlenül utóbbi. Valójában az ellipticitást csak a polarizátoroknak köszönhetően lehet mérni . Ez az ellipticitás a fény polarizációjának alakjának megfelelő szög : ha a polarizáció egyenes vonalú , és ha a polarizáció kör alakú, akkor . És ahogy a fény előrehalad a dikroikus megoldásban, alakja fokozatosan közelít egy kör felé. Más szavakkal, ellipticitása megközelíti a 45 ° -ot. $\ theta$ ${\ displaystyle \ theta = 0 ^ {\ circ}}$ ${\ displaystyle \ theta = 45 ^ {\ circ}}$

A mért ellipticitás és a körkörös dikroizmus viszonyításához egy közelítéshez folyamodunk, amelyet nagyon gyakran igazolunk: feltételezzük, hogy ennek a dikroizmusnak a hatása gyenge, vagyis . Ebben az esetben megmutathatjuk, hogy: ${\ displaystyle \ Delta A \ ll 1}$

{\ displaystyle \ Delta \ epsilon \ propto {\ frac {\ theta} {Cl}}}

És a moláris ellipticitás meghatározásával :

{\ displaystyle [\ theta] = {\ frac {100 \ theta} {Cl}}}

megkapjuk a közvetlen kapcsolatot a mért mennyiség és a kördichroizmus között:

{\ displaystyle [\ theta] = a \; \ Delta \ epsilon}

a 3298 °

{\ displaystyle a =}

Alkalmazás biológiai molekulákra

Általában a körkörös dikroizmus bármely optikailag aktív molekulában előfordul . Ennek eredményeként kiralitásuk miatt megjelenik a biológiai molekulákban . Ez a helyzet bizonyos cukrokkal és aminosavakkal . Dikroizmusukban másodlagos szerkezetük is szerepet játszik, különös tekintettel a spirális szerkezetekre . Ez az utolsó tulajdonság, amelyet a biokémiában használnak . Így a alfa-hélix és béta-réteges szerkezeteket a fehérjék és a kettős spirál a nukleinsavak mutatnak jellemző körkörös dichroisms.

Szerint kvantummechanika , cirkuláris dikroizmus kapcsolódik a diszperziót az az optikai forgatóképesség , vagyis, hogy az a tény, hogy ez attól függ, hogy a hullámhossz. Míg az utóbbi mérjük el a abszorpciós sávok molekulák használt, cirkuláris dikroizmus mértük közel ezeket a sávokat. Elvileg matematikai transzformációkkal lehet egyikről a másikra váltani.

A körkörös dikroizmus spektrális eloszlása az ultraibolya sugarak területén fontos információkat szolgáltat a fehérjék másodlagos szerkezetéről. Például ez jelzi a fehérje arányát az alfa spirálban , a béta lapban , a könyökben , a véletlen tekercsben stb. Megfigyelhető egy fehérje denaturációja a véletlenszerű szerkezetnek megfelelő jel növekedésével, valamint az alfa-spirál és a béta lap jelének csökkenésével is. Kövesse a fehérje hajtogatását (a denaturáció fordított folyamata), és meghatározhatja, hogy melyik másodlagos szerkezet alakul ki először (ezek gyakran alfa spirális szerkezetek).

Ez az információ lehetővé teszi a vizsgált fehérje szerkezeti lehetőségeinek óriási csökkentését, de nem adja meg a detektált másodlagos struktúrák helyét. A körkörös dikroizmus azonban nagyon hatékony eszköz a konformációk változásának megfigyelésére. Például annak kimutatására lehet használni, hogy a másodlagos szerkezet a hőmérséklettől vagy más molekulák jelenlététől függően változik. Ebben az értelemben fontos információkat tár fel a molekula termodinamikai aspektusáról . Használható annak igazolására is, hogy a vizsgált molekula valóban természetes állapotban van-e, vagy más , ezen konformációktól független spektroszkópiai mérések elvégzésére .

A körkörös dikroizmus kevesebb információt szolgáltat a fehérje szerkezetéről, mint a röntgendiffraktometria vagy a fehérje-NMR , de lehetővé teszi a mérések gyors elvégzését, nagy mennyiségű fehérje igénye nélkül, és bonyolult adatelemzés nélkül. Így lehetővé teszi a fehérjék gyors tanulmányozását az oldószer körülményeinek , hőmérsékletének, pH-jának , sótartalmának stb. Változtatásával .

Kísérleti korlátozások

A körkörös dikroizmust szénhidrátokban tanulmányozták , de korlátozott sikerrel, e molekulák abszorpciós sávjai miatt, amelyek nehezen hozzáférhető ultraibolya (100-200 nm ) régióban találhatók .

További nehézség, hogy a tipikus pufferoldatok gyakran fényt abszorbeálnak a körkörös dikroizmus szempontjából kedvező pH-tartományban. Így a foszfát- , szulfát- , karbonát- és acetátpufferek gyakran használhatatlanok. Ezután előnyös a borát és az ammóniumsók alkalmazása . Néhány kísérletezők váltotta, ugyanezen okok miatt, a klorid- ionok a fluorid ionok . Néhányan egyszerűen vízzel dolgoztak. De ezeknek a parazita felszívódásoknak a korlátozásához gyakran nagyon finom tartályokat kell használni. A 0,1 mm hosszúság nem ritka.

A szekunder szerkezet detektálásához használt körkörös dikroizmus-spektrumok összefüggenek a peptidkötések π és π * pályái közötti abszorpcióval . Ezek az abszorpciós sávok részben az UV-sugarak nehezen elérhető részén helyezkednek el. Ez a rész a levegőben nem érhető el az oxigén erős abszorpciója miatt ebben a hullámhossztartományban. A gyakorlatban a méréseket nitrogénnel töltött és oxigén nélküli műszerekkel hajtják végre .

Az oxigén eltávolítása után a rendszer többi részét optimalizálni kell a veszteségek korlátozása érdekében. Például a tükröket alumíniummal kell bevonni, és a spektrum kívánt területére (távoli UV) kell optimalizálni.

Az ilyen típusú műszerek szokásos fényforrása egy xenon nagynyomású kisülőlámpa . Ez a típusú lámpa nem használható a távoli UV fényben. A speciálisan gyártott lámpákat nagyon tiszta szintetikus kvarcüveg borítékokkal kell használni . A szinkrotron fénye ezen a területen még intenzívebb, és 160 nm nagyságrendű hullámhosszig terjedő körkörös dikroizmus mérések elvégzésére használták.

Kapcsolódó cikkek

Hivatkozások

Académie des Sciences (Franciaország) szerzője szöveg , „ Heti jelentések üléseinek az Académie des Sciences / közzétett ... MM. az örök titkárok ” , a Gallicán ,1896 január 6-án(hozzáférés : 2020. május 30. )

Fasman, GD, Circular Dichroism and the Confromational Analysis of Biomolecules (1996) Plenum Press, New York.
Hecht, E., Optics 3rd Edition (1998) Addison Wesley Longman, Massachusetts.