p Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum desenvolveram um novo método para determinar um valor de pH local próximo a um sítio específico de uma biomolécula. Uma medição confiável com um medidor de pH só é possível em um conjunto maior, ou massa homogênea. O novo procedimento, que é baseado em espectroscopia terahertz, é descrito pela equipe de Resolv na revista Angewandte Chemie International Edition , publicado online com antecedência em 6 de novembro de 2020. p As equipes da Cátedra de Química Física II liderada pela Professora Martina Havenith e da Cátedra de Química Teórica chefiada pelo Professor Dominik Marx cooperaram durante os trabalhos. "Há evidências crescentes de que as reações biológicas não dependem tanto das propriedades químicas globais de uma solução, mas sim de que as condições locais na vizinhança imediata de uma enzima são cruciais, "diz Martina Havenith. Isso inclui, por exemplo, o valor de pH ou o estado de carga local.

p "É importante que possamos não apenas medir essas propriedades locais, mas também calcular de forma preditiva - por exemplo, se quisermos otimizar as condições de solvatação para o uso de enzimas como biocatalisadores, "diz Dominik Marx.

p Testes com o aminoácido glicina

p Os cientistas trabalharam com uma solução do aminoácido glicina. Possui dois grupos funcionais que podem coletar ou liberar prótons. O ácido pode, portanto, estar presente em diferentes estados de protonação, que pode ser variado mudando o pH da solução.

p Os químicos examinaram soluções de glicina usando espectroscopia terahertz (THz). Eles usam radiação de transmissão na frequência THz na solução, que absorve parte da radiação. Os pesquisadores apresentam o padrão de absorção em uma determinada faixa de frequência na forma de um espectro. Ao mesmo tempo, eles também simulam os espectros de THz dessas soluções aquosas para diferentes condições de pH.

p Espectros diferentes dependendo do valor de pH

p Os espectros diferiram significativamente dependendo do estado de protonação da glicina. Os dois grupos investigaram por que esse era o caso usando simulações de computador complexas, chamadas simulações de dinâmica molecular ab initio. Esse método permite que os pesquisadores atribuam certas áreas de um espectro - chamadas de bandas - aos movimentos de diferentes ligações na molécula. Desta maneira, eles mostraram como os diferentes estados de protonação se refletiam no espectro. Enquanto a glicina desprotonada (pH alto) quase não causa absorção nesta parte do espectro terahertz, a glicina protonada (baixo pH) produz bandas de absorção claramente visíveis. O espectro de um estado intermediário, o zwitterion glicina (pH neutro), estava no meio. Os pesquisadores obtiveram, assim, uma espécie de impressão digital de protonação, medido em função do pH. Eles mostraram que a intensidade do espectro na faixa de 0 a 15 terahertz se correlaciona com o pH.

p Em outros experimentos, os pesquisadores demonstraram que o método também funciona para outras biomoléculas, isto é, o aminoácido valina e para pequenos péptidos. "No futuro, esta descoberta fundamental abrirá novas oportunidades para determinarmos de forma não invasiva os estados locais de carga na superfície das biomoléculas, "resume Martina Havenith.