Kwiecień 2019
Udostępnij:

Amplifikacja chiralności kluczem do zrozumienia pochodzenia aktywności optycznej makrocząsteczek biologicznych


Amplifikacja chiralności kluczem do zrozumienia pochodzenia aktywności optycznej makrocząsteczek biologicznych

Grupa naukowców z Instytutu Biologii Roślin i Biotechnologii (IBRiB) Wydziału Biotechnologii i Ogrodnictwa (WBiO) Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie w ścisłej współpracy z naukowcami z UJ oraz IChO PAN opublikowała wyniki badań w prestiżowym czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition  [IF(2017) = 12,102 ].

Dudek M., Machalska E., Oleszkiewicz T., Grzebelus E., Baranski R., Szcześniak P., Mlynarski J., Zajac G., Kaczor A., Baranska M.
Chiral amplification in nature: cell-extracted chiral carotenoid crystals studied via RROA of model systems. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

LINK DO ARTYKUŁU

Naukowcy pokazali, że amplifikacja chiralności jest kluczem do zrozumienia pochodzenia aktywności optycznej makrocząsteczek biologicznych. Motywacją pracy była obserwacja silnej aktywności optycznej kryształów karotenowych naturalnie występujących w marchwi,  które są zbudowane z achiralnych cząsteczek β-karotenu (95 %) z niewielkim dodatkiem chiralnego α-karotenu. Zjawisko to zaobserwowano początkowo w systemie modelowym badając unikalną tkankę kalusową akumulującą dużą ilość kryształów karotenowych i uzyskaną w wyniku realizacji projektu OPUS 5 NCN w IBRiB/WBiO (Determinanty biosyntezy karotenoidów u marchwi: podejście modelowe; nr. 2013/09/B/NZ9/02379; kierownik: prof. zw. dr hab. Rafał Barański). Dalsze badania wykazały, że kryształy akumulowane naturalnie w komórkach korzenia marchwi również mają tą właściwość.

Sformułowano hipotezę, że właściwości optyczne kryształów karotenowych są efektem procesu indukcji chiralności.  W badaniach oprócz naturalnych kryształów wykorzystano układy modelowe, zbudowane z nowo zsytezowanych chiralnych, jak i achiralnych cząsteczek oraz ich deuterowanych analogów przez zespoły z UJ i IChO PAN. Stwierdzono, że indukcja chiralności w tych supramolekularnych układach może być opisana mechanizmem tzw. "sierżanta i żołnierzy", gdzie chiralny (optycznie czynny) związek (α-karoten) pełni rolę sierżanta kontrolującego achiralne (nieaktywne optycznie) cząsteczki żołnierzy (β-karoten). Wykazano, że pomimo iż układ taki składa się w większości z achiralnego β-karotenu to wykazuje on silną aktywność optyczną warunkowaną obecnością niewielkiej ilości (do 5%) chiralnego α-karotenu. Te zaskakujące wyniki uzyskano dzięki wykorzystaniu nowoczesnej aparatury w laboratorium spektroskopii ramanowskiej Jagiellońskiego Centrum Rozwoju Leków rejestrującej ramanowską aktywność optyczną (ROA, ang. Raman Optical Activity) badanych układów karotenowych. Okazało się, że badane układy wykazują rezonansowo wzmocnioną ROA, co pozwala badać agregaty karotenowe występujące w naturze w bardzo niskich, mikromolowych stężeniach.

Podsumowując, po raz pierwszy pokazano, że cząsteczki nieaktywne optycznie mogą w pewnych warunkach stworzyć układ, który jest aktywny optycznie oraz że taki proces zachodzi w naturze.

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Aleja Mickiewicza 21
31-120
Kraków
rector[a]urk.edu.pl
12 662 42 51
12 633 62 45
NIP: 675 000 21 18
REGON: 000001815
ESP: /URKRAKOW/skrytka
© 2019 Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Projekt i wykonanie strony: Dział Informatyki URK