Gli esperimenti presso l'ANSTO hanno fornito prove a sostegno di un miglioramento inaspettato della solubilità in acqua delle biomolecole in una soluzione acquosa di cationi di metalli di transizione bivalenti.

La scoperta è significativa per la comprensione fisica, processi biologici e chimici coinvolti nella progettazione di farmaci, funzioni e sintesi di macromolecole, e può anche fornire indizi nella prevenzione del morbo di Alzheimer.

Fondamentalmente, i risultati potrebbero potenzialmente cambiare la visione tradizionale delle interazioni tra biomolecole con cationi metallici.

Questo risultato della ricerca, recentemente pubblicato in Lettere di revisione fisica , fa parte di una collaborazione internazionale tra l'Australian Centre for Neutron Scattering (ACNS) di ANSTO e il gruppo di ricerca per l'acqua interfacciale presso lo Shanghai Institute of Applied Physics (SINAP), Accademia cinese delle scienze, Shanghai, Cina.

In genere, in soluzione con molti ioni multivalenti di metalli di transizione, come Cu ²⁺ , Pt ²⁺ , Pd ²⁺ , e Co3+, la solubilità degli amminoacidi aromatici diminuisce significativamente perché la maggior parte di essi formerà precipitati complessi con gli ioni, come documentato nelle opere di riferimento standard di chimica e biochimica.

Però, La solubilità considerevolmente aumentata del triptofano (Trp) in una soluzione acquosa di CuCl2 è stata osservata sperimentalmente e prevista teoricamente dal gruppo di ricerca guidato dal professor Haiping Fang al SIAP.

Questo fenomeno insolito può essere osservato solo in una condizione speciale di alta concentrazione locale di Cu ²⁺ alla superficie di Trp.

Fondamentalmente, è attribuito alla forte interazione tra Cu ²⁺ e l'anello aromatico in Trp, chiamata interazione catione-pi.

I coautori, il dott. Dehong Yu e il dott. Richard Mole, hanno effettuato misurazioni utilizzando lo scattering di neutroni quasi elastico (QENS) sullo strumento Pelican presso l'ACNS. L'esperimento fornisce prove dirette della forte interazione catione-pi responsabile dell'aumentata solubilità di Trp in una soluzione acquosa di CuCl2.

QENS sfrutta piccoli scambi di energia tra le particelle diffondenti e i neutroni diffusi, che è direttamente correlato ai processi diffusivi che avvengono nel sistema. Dalla misura QENS si ricava il coefficiente di autodiffusione del sistema.

La differenza significativa nei coefficienti di diffusione tra triptofano con e senza Cu ²⁺ suggerito che il complesso del triptofano contenente Cu ²⁺ si muoveva molto più lentamente del triptofano senza Cu ²⁺ .

Questa osservazione supporta la previsione teorica dell'aumento dell'affinità dell'acqua dovuto alla presenza di Cu ²⁺ .

"In questo esperimento sfruttiamo appieno la capacità QENS dello strumento Pelican e l'elevata sensibilità dei neutroni agli atomi di idrogeno per studiare la dinamica Trp in ambienti diversi, poiché il segnale QENS dell'intero sistema è dominato dagli atomi di idrogeno nel triptofano, " disse Yu.