לצפות ישירות בקשרי מימן

כימאים הצליחו לצפות באופן ישיר בוויברציות המתואמות בין מולקולות הקשורות יחדיו ע”י קשרי מימן – זו הפעם הראשונה אי-פעם שסוג כזה של קשר כימי, המצוי בטבע כמעט בכל מערכת ביולוגית ברמה המולקולארית, נצפה באופן ישיר.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
תוך שימוש במקור של קרינה תת-אדומה שפותח זה עתה והפועל בקצב מהיר במיוחד, כימאים הצליחו לצפות באופן ישיר בוויברציות המתואמות בין מולקולות הקשורות יחדיו ע”י קשרי מימן – זו הפעם הראשונה אי-פעם שסוג כזה של קשר כימי, המצוי בטבע כמעט בכל מערכת ביולוגית ברמה המולקולארית, נצפה באופן ישיר.

תוך שימוש במקור של קרינה תת-אדומה שפותח זה עתה והפועל בקצב מהיר במיוחד, כימאים מאוניברסיטת שיקגו הצליחו לצפות באופן ישיר בקשרי מימן. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי The Journal of Chemical Physics.

החוקרים ניצלו שיטות ספקטרוסקופיות דו-ממדיות של קרינה תת-אדומה בתור כלי חדש לצפייה ישירה בשני השותפים של קשר מימני,” אמר החוקר הראשי Andrei Tokmakoff. “בשיטות אלו קיימות אפשרויות של תוכן ספקטרלי ורוחבי-פס המספקות תצפית אמיתית על חלק רחב מהספקטרום הויברציוני של מולקולות. השיטה סוללת את האפשרות לבחון כיצד סוגים שונים מאוד של ויברציות במולקולות שונות מגיבות אחת עם השנייה.”

החוקרים החליטו להשתמש בספקטרוסקופיה דו-ממדית של קרינה תת-אדומה על מנת לאפיין באופן ישיר פרמטרים מבניים כגון מרחקים בין-מולקולאריים ואופי התצורות של קשרי-המימן, לאור העובדה כי את המידע הזה ניתן לקודד באותות המתקבלים כתוצאה מיחסי-הגומלין הבין-מולקולאריים שבין הממס למומס. “מה שעשינו היה להרטיט את הקשרים שבמולקולה אחת תוך כדי צפייה בהשפעות שיש לזה על המולקולה השנייה,” אמר החוקר. “בניסוי שלנו, למעשה מה שקורה הוא שאתה מרטיט את שתי המולקולות בו-זמנית מאחר שהן מחוברות בחוזקה.”

קשרי מימן (ויקיפדיה) מרכיבים את כוח המשיכה שבין הקצה הטעון מעט שלילית והקצה הטעון מעט חיובית של מולקולות ניטרליות, כגון מים. למרות שמים מהווים מקרה מיוחד בשל תכונות קיטוב ייחודיות, קשרי מימן יכולים להיווצר בין מגוון נרחב של מולקולות הכוללות במבנה שלהן אטומים מקוטבים חשמלית, כאשר קשרים אלו משתרעים בעוצמתם מקשר מקוטב באופן חלש ועד קשר הקרוב בעוצמתו לקשר קוולנטי. קשרי מימן נוטלים חלק חשוב בפעילותן של מולקולות ביולוגיות גדולות (כגון דנ”א ורנ”א, חלבונים ועוד) והם מהווים גורם חשוב בגילוין של תרופות חדשות.

עבור הצפייה הראשונה בקשרי מימן, החוקרים עשו שימוש בחומר N-מתיל אצטאמיד (ויקפדיה), מולקולת פפטיד היוצרת דימרים המחוברים יחדיו דרך קשרי מימן בעוצמה בינונית כאשר הם נמצאים בממס אורגני, זאת בשל הקיטוב החשמלי הקיים בקשרים חנקן-מימן ופחמן-חמצן המצויים במולקולה. באמצעות מכשור מותאם החוקרים הצליחו לתעד את הדפוסים הויברציוניים של שתי יחידות הפפטידים.

“כל הויברציות הפנימיות של מולקולות המחוברות דרך קשרי מימן שהסתכלנו עליהן הפכו לשזורות ולמסובכות; לא ניתן לחשוב עליהן סתם בתור סכום פשוט של שני החלקים הנפרדים,” מציין החוקר הראשי. עבודות מחקר נוספות הנערכות במעבדתו של המדען כוללות צפייה בדינמיקות ובמבנה של מולקולות מים המקיפות מולקולות ביולוגיות כגון חלבונים ודנ”א. “מאחר ואנו יודעים כי למים יש השלכות בכל מקום, במיוחד במערכות ביולוגיות, עלינו לשים לב כי מחקרים רבים בביולוגיה מחשובית מתעלמים מהעובדה כי למים יש מבנה אמיתי ותכונות קוונטיות ממשיות משל עצמם.”

המאמר המקורי

הידיעה על המחקר

יחסי הגומלין של קשרי-המימן גורמים לאטומים שבכל אחת מהמולקולות של הדימר לרטוט בקצב משותף. [באדיבות L. De Marco/UChicago]