Een molecuul kan in twee versies voorkomen die elkaars spiegelbeeld zijn, zoals je linker- en rechterhand. Hoewel ze hetzelfde zijn opgebouwd, passen ze niet precies op elkaar. Dit is van groot belang in de omgang met andere moleculen. Het spiegelbeeld van een molecuul kan anders ruiken en bij gebruik als geneesmiddel kan de spiegelbeeldvorm zelfs gevaarlijk zijn. Het is daarom belangrijk om voor nieuw gemaakte moleculen snel en eenduidig vast te kunnen stellen om welke vorm het gaat.
Links- of rechtshandig
Een krachtige methode om ondubbelzinnig de structuur van chirale moleculen vast te stellen, maakt gebruik van het verschil in absorptie van links- en rechtsdraaiend circulair gepolariseerd licht: Vibrational Circular Dichroism (VCD) spectroscopie. Door experimenteel gemeten spectra te vergelijken met theoretisch voorspelde spectra kan worden bepaald of een molecuul links- of rechtsdraaiend is. Voor veel biologische systemen en chirale katalysatoren bleek deze aanpak echter volledig te falen, waardoor geen betrouwbare analyse mogelijk was.
In een samenwerking tussen de theoretische chemiegroep van Luuk Visscher (Vrije Universiteit) en de experimentele spectroscopiegroep van Wybren Jan Buma (UvA) presenteert Mariia Sapova (Vrije Universiteit) nu in Angewandte Chemie International Edition een radicaal nieuwe benadering om experimentele VCD-spectra te analyseren. De nieuw ontwikkelde theoretische methode verklaart het verschijnsel van ‘enhanced vibrational circular dichroism’ (eVCD) en maakt betrouwbare toepassing mogelijk. Deze techniek versterkt het signaal van het molecuul door een metaalatoom toe te voegen. De experimenten die dit versterkte signaal laten zien, zijn al 20 jaar bekend, maar tot nu toe kon niemand ze correct interpreteren
Probleem omzeilen
Sapova heeft laten zien wat het probleem veroorzaakte in de berekeningen die nodig zijn voor de interpretatie van het signaal. Samen met haar mede-onderzoekers, Chandan Kumar and Sahar Ashtar-Jafari, heeft ze vervolgens een methode ontwikkeld die dit probleem omzeilt. Daarmee kunnen wetenschappers voor het eerst eenduidig vaststellen om welke spiegelbeeldvorm het gaat.
In de analyse proberen de onderzoekers de signalen die experimenteel zijn gemeten te passen met gesimuleerde signalen van zowel linker- als rechterhandmoleculen. Omdat maar een van beide past weten ze na deze berekeningen met zekerheid welke vorm het molecuul heeft.
Geneesmiddelen
Metalloproteïnen zijn essentieel voor vitale biologische processen (zoals cytochroom-c, myoglobine, koolzuuranhydrase, enz.). eVCD-studies die nu mogelijk zijn, zullen ons begrip van de structuur en functie van biologische moleculen vergroten, met bijbehorende verbeteringen in de menselijke gezondheid en de preventie van ziekten. Bovendien effent eVCD het pad voor een eenvoudigere en betrouwbaardere controle van de zuiverheid van geneesmiddelen in de toekomst.