Pyöreä dikroismi

Sanotaan, että materiaali esittelee sirkulaaridikroismia jos se absorboi valoa eri tavalla riippuen siitä, onko sen polarisaatio on oikea pyöreä tai vasemmalle pyöreä .

Polarisaation tahansa valon aalto voidaan jakaa kahteen osaan: yksi oikea pyöreä (PCD) ja toinen jätetään pyöreä (PCG). Pyöreän dikroismin läsnä ollessa toinen näistä komponenteista imeytyy nopeammin kuin toinen. Tämä ominaisuus löytyy pikemminkin nesteistä ja liuoksista molekyylien rakenteen vuoksi . Oletetaan, että tämä pätee muuhun artikkeliin.

Ilmiön löysi ranskalainen fyysikko Aimé Cotton vuonna 1896.

Teoria

Absorbanssi on puoliläpäisevän väliaineen on kaksi arvoa, jotka liittyvät vastaavasti kaksi ympyräpolarisaatio: ja . Määritämme sitten eron näiden kahden absorbanssin välillä: ${\ displaystyle A_ {G}}$ ${\ displaystyle A_ {D}}$

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

Tämä suuruus riippuu aallonpituudesta , toisin sanoen käytetyn valoaallon väristä.

Voimme ilmaista edellä mainitun tasa-arvon myös käyttämällä Beer-Lambert-lakia :

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

missä ja ovat kevyen PCG: n ja PCD: n vastaavat molaariset absorptiokyvyt , C on moolipitoisuus ja l on kuljettu pituus. ${\ displaystyle \ epsilon _ {G} \,}$ ${\ displaystyle \ epsilon _ {D} \,}$

Määritämme sitten pyöreän dikroismin seuraavasti:

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

Mitattu määrä ei kuitenkaan ole suoraan jälkimmäinen. Itse asiassa elliptisyys on mahdollista mitata vain polarisaattoreiden ansiosta . Tämä elliptisyys on kulma, joka vastaa valon polarisaation muotoa: jos polarisaatio on suoraviivaista ja jos polarisaatio on sitten pyöreä . Ja kun valo etenee dikroisessa ratkaisussa, sen muoto lähestyy vähitellen ympyrää kohti. Toisin sanoen sen elliptisyys lähestyy 45 °. $\ theta$ ${\ displaystyle \ theta = 0 ^ {\ circ}}$ ${\ displaystyle \ theta = 45 ^ {\ circ}}$

Mitatun elliptisyyden liittämiseksi pyöreään dikroismiin on käytettävä likiarvoa, joka todennetaan usein: oletamme, että tämän dikroismin vaikutus on heikko, toisin sanoen . Tässä tapauksessa voimme osoittaa, että: ${\ displaystyle \ Delta A \ ll 1}$

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

Ja määrittelemällä molaarinen elliptisyys seuraavasti:

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

saamme suoran suhteen mitatun määrän ja pyöreän dikroismin välillä:

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

kanssa 3298 °

{\ displaystyle a =}

Soveltaminen biologisiin molekyyleihin

Yleensä pyöreä dikroismi esiintyy missä tahansa optisesti aktiivisessa molekyylissä . Tämän seurauksena se esiintyy biologisissa molekyyleissä kiraalisuuden vuoksi . Tämä koskee tiettyjä sokereita ja aminohappoja . Heidän toissijaisella rakenteellaan on myös merkitys heidän dikroismissaan, erityisesti kierukkarakenteissa . Tätä viimeistä ominaisuutta käytetään biokemiassa . Näin ollen alfa-kierre ja beeta-levyn rakenne on proteiinien ja kaksoiskierre ja nukleiinihappojen tunnusomai- pyöreä dichroisms.

Mukaan kvanttimekaniikan , ympyrädikroismilla liittyy dispersiota ja optinen kierto , eli siihen, että tämä riippuu aallonpituudesta. Kun taas jälkimmäinen mitataan pois päässä absorptiokaistoissa molekyylien käytetään, ympyrädikroismilla mitattiin lähellä näillä taajuuksilla. Periaatteessa on mahdollista vaihtaa yhdestä toiseen matemaattisten muunnosten avulla.

Spektrin jakauma on sirkulaaridikroismia antaa, alalla ultraviolettisäteet , tärkeää tietoa sekundaarisen rakenteen proteiineja. Esimerkiksi tämä osoittaa proteiinin osuuden alfakierteessä , beeta-arkissa , kyynärpäässä , satunnaisessa kelassa jne. On myös mahdollista tarkkailla proteiinin denaturoitumista lisäämällä satunnaisrakennetta vastaavan signaalin määrää ja vähentämällä alfa-heliksin ja beeta-arkin signaaleja. Voidaan myös seurata proteiinin taittumista (denaturoitumisen käänteinen prosessi) ja määrittää, mikä toissijainen rakenne muodostuu ensin (nämä ovat usein alfa-kierteisiä rakenteita).

Tämän tiedon avulla on mahdollista vähentää huomattavasti tutkitun proteiinin rakennemahdollisuuksia, mutta se ei anna havaittujen sekundaarirakenteiden sijaintia. Pyöreä dikroismi on kuitenkin erittäin tehokas työkalu konformaatioiden muutosten havaitsemiseen. Esimerkiksi sitä voidaan käyttää osoittamaan, että toissijainen rakenne muuttuu lämpötilan tai muiden molekyylien läsnä ollessa. Tässä mielessä se paljastaa tärkeää tietoa molekyylin termodynaamisesta näkökulmasta . Sitä voidaan käyttää myös tarkistamaan, että tutkittu molekyyli on todellakin luonnollisessa tilassaan, tai tekemään muita spektroskooppisia mittauksia, jotka eivät liity näihin konformaatioihin.

Pyöreä dikroismi antaa vähemmän tietoa proteiinirakenteesta kuin röntgendiffraktometria tai proteiini-NMR , mutta se mahdollistaa mittaukset nopeasti, ilman suurta määrää proteiinia ja ilman monimutkaista data-analyysiä. Siten se mahdollistaa proteiinien nopean tutkimuksen vaihtelemalla liuotinolosuhteita , lämpötilaa, pH: ta , suolapitoisuutta jne.

Kokeelliset rajoitukset

Pyöreää dikroismia on tutkittu hiilihydraateissa , mutta rajoitetulla menestyksellä johtuen näiden molekyylien absorptiovyöhykkeistä, jotka löytyvät ultraviolettialueelta (100-200 nm ), johon on vaikea päästä.

Toinen vaikeus on, että tyypilliset puskuriliuokset absorboivat usein valoa ympyrädikroismille suotuisalla pH-alueella. Täten fosfaatti- , sulfaatti- , karbonaatti- ja asetaattipuskurit ovat usein käyttökelvottomia. Sitten on edullista käyttää boraattia ja ammoniumsuoloja . Jotkut kokeilijat ovat korvaaneet samoista syistä kloridi- ionit fluoridi- ioneilla . Jotkut yksinkertaisesti työskentelivät veden kanssa. Mutta näiden loisten imeytymisen rajoittamiseksi on usein tarpeen käyttää erittäin hienoja säiliöitä. 0,1 mm: n pituudet eivät ole harvinaisia.

Toissijaisen rakenteen havaitsemiseksi käytetyt ympyrädikroismispektrit liittyvät peptidisidosten π- ja π * -bitaalien väliseen absorptioon . Nämä absorptiokaistat sijaitsevat osittain UV-säteiden vaikeasti saavutettavissa olevassa osassa. Tähän osaan ei pääse ilmassa, koska happi imeytyy voimakkaasti tällä aallonpituusalueella. Käytännössä mittaukset tehdään laitteilla, jotka on täytetty typellä ja ilman happea.

Kun happi on poistettu, loput järjestelmästä on optimoitava häviöiden rajoittamiseksi. Esimerkiksi peilit tulisi peittää alumiinilla ja optimoida halutulle spektrin alueelle (kaukana UV).

Tavanomainen valonlähde tällainen väline on ksenon korkean paineen purkauslampulle . Tämän tyyppistä lamppua ei voida käyttää kaukana UV-valossa. Erityisesti valmistettuja lamppuja tulee käyttää erittäin puhtaan synteettisen kvartsilasin kirjekuorien kanssa . Synkrotronin valo on tällä alueella vielä voimakkaampaa, ja sitä on käytetty suorittamaan pyöreitä dikroismimittauksia aallonpituuksiin luokkaa 160 nm.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Viitteet

Académie des Sciences (Ranska) laatija tekstin , ” Weekly raportit istuntojen Académie des Sciences / julkaissut ... MM. ikuiset sihteerit ” , Gallica ,6. tammikuuta 1896(käytetty 30. toukokuuta 2020 )

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.