Investigadores de la Ruhr-Universität Bochum y la Technische Universität Dortmund han examinado cómo cambian las interacciones entre solventes y biomoléculas a alta presión. Con espectroscopía infrarroja y simulaciones por computadora, analizaron el comportamiento de la molécula pequeña TMAO - abreviatura de óxido de trimetilamina- en un rango de presión de una barra a diez kilobares. Estos resultados podrían ayudarnos a comprender cómo los organismos se han adaptado a la vida en las profundidades del mar a nivel molecular.
El equipo de la Cátedra Bochum de Química Teórica, encabezada por el Prof. Dr. Dominik Marx, cooperó con los Grupos de Trabajo de Dortmund para Química Física del Prof. Dr. Roland Winter y Química Física Teórica del Prof. Dr. Stefan M. Kasten el contexto de la Universitätsallianz Ruhr. Reportan sus resultados en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .
Vida en condiciones extremas
No solo los microorganismos, sino también los animales más grandes, como los peces, prosperan a presiones extremas en las profundidades del mar. Hasta ahora no se ha entendido cómo superan este desafío a nivel molecular. Se sabe que, a altas presiones,Las moléculas pequeñas que estabilizan las estructuras de las proteínas se acumulan en las células de estas criaturas. Una de esas moléculas es el TMAO. Sin embargo, su funcionamiento sigue siendo especulativo hasta ahora.
Los espectros cambian sistemáticamente al aumentar la presión
El equipo de Roland Winter utilizó la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier para registrar cómo cambian los espectros de TMAO con el aumento de la presión. En una célula de yunque de diamante construida especialmente para este propósito, los investigadores variaron la presión desde condiciones normales hasta el rango de kilobar.
Los espectros de vibración obtenidos de esta manera proporcionan información sobre la estructura de la molécula misma y también sobre la forma en que su entorno disolvente inmediato se adapta a la presión. Los científicos observaron que algunas bandas del espectro cambiaron a frecuencias más altas, pero tambiénque los picos individuales cambiaron su forma de manera característica.
Los dos grupos de Dominik Marx y Stefan Kast, ambos trabajando teóricamente, confirmaron estos hallazgos con simulaciones ab initio y cálculos basados en la teoría del estado líquido. A partir de los datos, el equipo aclaró la causa molecular de los cambios espectrales observados experimentalmente.
Más enlaces de hidrógeno
A baja presión, el átomo de oxígeno polarizado negativamente de la molécula de TMAO crea tres enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua circundantes en casi todos los casos. Sin embargo, a alta presión, según las simulaciones por computadora, aproximadamente la mitad de todas las moléculas de TMAO tienen cuatro hidrógeno"Es un cambio drástico en el comportamiento de la solvatación. Nunca antes habíamos visto algo así", dice Dominik Marx.
"Todavía podemos especular si este efecto realmente puede explicar cómo las proteínas plegadas y los procesos biomoleculares en el agua junto con TMAO pueden soportar presiones extremadamente altas", agrega Roland Winter. "Esto es exactamente lo que queremos descubrir juntos en estudios posterioresen nuestro Grupo de Investigación de Alta Presión "
Con su combinación de métodos, los investigadores de Dortmund y Bochum tienen las herramientas correctas a su disposición ". El acoplamiento de la espectroscopía infrarroja con nuestros métodos teóricos basados en la estructura electrónica de las moléculas proporciona una herramienta sobresaliente para obtener nuevos conocimientos sobre el mundo extremobiofísica, que es muy difícil de acceder experimentalmente ", dice Stefan Kast.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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