La spectroscopie térahertz cartographie la development spontanée de gouttelettes riches en protéines pouvant entraîner des maladies neurodégénératives.
À l’aide d’une nouvelle méthode “calorimétrie térahertz (THz)”, une équipe de recherche du cluster d’excellence Ruhr discover la solvatation (RESOLV) à Bochum a réussi à jeter un nouvel éclairage sur la séparation spontanée des phases en une period riche en protéines et une phase pauvre en protéines. dans une solution. On suppose que les gouttelettes riches en protéines favorisent la development d’agrégats de protéines neurotoxiques – un place chaud pour les maladies neurodégénératives. Les chercheurs, dirigés par le professeur Martina Havenith, chaire de chimie physique II à l’Université de la Ruhr à Bochum, rapportent dans le Journal of Bodily Chemistry Letters publié en ligne le 6 février 2023.
Niveau moléculaire et résolution temporelle de l’ordre de la picoseconde
L’étude s’inscrit dans le cadre du projet « Calorimétrie THz », qui a reçu une Superior Grant du Conseil européen de la recherche (ERC). “L’idée visionnaire du projet était de combiner deux techniques puissantes en chimie physique – la spectroscopie laser et la calorimétrie”, explique la bénéficiaire, Martina Havenith.
La calorimétrie mesure des quantités fondamentales pour les réactions chimiques et biochimiques, telles que la capacité calorifique, l’enthalpie et l’entropie. Sur la foundation de paramètres spécifiques à une compound bien connus, il est probable de prédire si, par exemple, une réaction se produira spontanément sans aucun apport externe d’énergie ou si les conditions d’équilibre dominent. Les mesures calorimétriques ont lieu dans un récipient macroscopique. La quantité de chaleur requise pour un changement de température ou une réaction chimique ou biochimique est mesurée. “La limitation de cette méthode est sa résolution temporelle limitée et la quantité d’échantillon requise”, explique Martina Havenith.
L’objectif du projet ERC était de surmonter ces limits. Cela a nécessité une nouvelle approche pour mesurer les quantités calorimétriques pour les in addition petits échantillons avec une résolution temporelle de picosecondes, soit un millionième de millionième de seconde au niveau moléculaire. “Cependant, on ne peut pas, en principe, atteindre une résolution temporelle et spatiale à cette échelle portée avec ces ideas traditionnels de mesures de chaleur”, explique le chercheur. “Cela nécessitait une approche révolutionnaire différente qui offre intrinsèquement un accès différent.”
L’eau joue un rôle essential
Le groupe de recherche a montré que les empreintes digitales spectroscopiques de l’eau pouvaient être mesurées par leur absorption dans la gamme THz, qui est corrélée linéairement avec les quantités calorimétriques. Cela permet aux chercheurs de suivre ces quantités calorimétriques fondamentales en temps réel à l’aide de méthodes spectroscopiques et spectroscopiques laser ultrarapides, même pour des systèmes complexes au cours d’un processus ou d’une réaction.
Dans leurs travaux actuels, inspirés par leur collaboration avec les groupes de recherche du professeur Konstanze Winklhofer et du professeur Jörg Tatzelt de l’Université de la Ruhr à Bochum, ils ont utilisé cette méthode pour la première fois pour étudier un sujet brûlant de la recherche biomédicale : ils ont étudié la séparation des phases liquide-liquide. la séparation spontanée des phases en une stage liquide riche en protéines et une phase liquide pauvre en protéines.
“En utilisant la calorimétrie THz, nous pouvons cartographier la formation de ces gouttelettes riches en protéines au niveau moléculaire. Non seulement les protéines elles-mêmes, mais l’eau joue également un rôle very important”, rapporte Martina Havenith. “Nous pouvons désormais suivre en ligne tout changement dans l’eau pendant le processus de formation avec la caméra THz. Sur la foundation des quantités calorimétriques dérivées, nous pouvons donner des prédictions précises sur la formation de gouttelettes séparées en phases et la dépendance à des paramètres externes tels que la température..”