Новости химической науки > Визуализация водородной связи

Использование нового ультрабыстрого фемтосекундного источника инфракрасного излучения позволило исследователям из Университета Чикаго непосредственно визуализировать координированные колебания молекул, связанных водородными связями. Эти результаты являются первым примером визуализации такого взаимодействия.

Как отмечает руководитель исследования, Андрей Токмакофф (Andrei Tokmakoff), новая методика двумерной ИК-спектроскопии предоставляет новые, невиданные ранее возможности для непосредственной визуализации обоих партнеров, участвующих в образовании водородной связи. Этот подход открывает широкие возможности для наблюдения за тем, как проявляются типы колебаний между различными типами взаимодействующих молекул.

Водородная связь заставляет атомы каждой отдельной молекулы N-метилацетамида колебаться в унисон. (Рисунок из The Journal of Chemical Physics, 2014 DOI: 10.1063/1.4885145)

Токмакофф и его коллеги использовали двумерную инфракрасную спектроскопию для непосредственного наблюдения за такими параметрами, как межмолекулярное расстояние и конфигурацию водородного связывания – вся эта информация закодирована в межмолекулярных кросс-пиках, которые спектрально определяются как колебания растворитель-растворенное вещество.

Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать кислород, фтор или азот. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными и значительно различаться по силе, достигая в ряде случаев прочности водородных связей. Водородное связывание играет большую роль в молекулярной биологии и является одним из ключевых структурных свойств вещества, на который обращают внимание при поиске новых фармпрепаратов.

Для визуалиции исследователи из группы Токмакоффа использовали N-метилацетамид, низкомолекулярное вещество, в котором реализуется амидная (пептидная) связь, и которое можно рассматривать как модель пептида – в неводном растворе в образовании межмолекулярной водородной связи между молекулами N-метилацетамид участвует кислород карбонильной группы и водород фрагмента N–H.

С помощью разработанной исследователями методики им удалось определить способ колебания двух связанных водородной связью молекулярных моделей пептида. Токмакофф отмечает, что в соответствии с результатами работы можно говорить, что водородно связанный ассоциат N-метилацетамида уже представляет нечто большее, чем просто сумма двух молекул – молекулы, участвующие в образовании водородной связи не просто притянуты друг ко другу, а колеблются в унисон и, можно сказать, неразделимо сплетены друг с другом.

В перспективе исследователи из группы Токмакоффа планируют визуализировать и изучить динамическое поведение воды, связанной водородными связями с биологически активными молекулами, такими как настоящие, а не модельные белки и ДНК.

Источник: The Journal of Chemical Physics, 2014 DOI: 10.1063/1.4885145

метки статьи: #аналитическая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #супрамолекулярная химия