La fisica ultraveloce è stata applicata alla biologia strutturale, svelando con chiarezza senza precedenti il fenomeno noto come “coerenza” molecolare. Ciò si riferisce a come le molecole cambiano in risposta a stimoli come la luce, un aspetto centrale di processi come la fotosintesi.
Gli scienziati internazionali, guidati dal professor Jasper van Thor dell’Imperial College, hanno unito la cristallografia, che scatta immagini delle disposizioni molecolari, con una tecnica che mappa le vibrazioni nelle molecole, chiamata spettroscopia. I risultati sono stati pubblicati su Nature Chemistry.
Utilizzando potenti laser a raggi X in strutture globali, il team ha osservato i movimenti iniziali delle molecole nelle proteine, scoprendo che erano dovuti alla “coerenza”. Questo ha mostrato un effetto vibrazionale, non un movimento, come parte della reazione biologica successiva.
Il professor van Thor ha enfatizzato l’importanza di capire come le proteine funzionino, e la nuova tecnica può rivelare i movimenti molecolari ultraveloci in modo visivo, offrendo una comprensione quasi atomica. Gli strumenti sono ora disponibili per controllare queste dinamiche su scale temporali estremamente rapide.
Spera che la divulgazione dei dettagli della tecnica incoraggi la ricerca nei campi della biologia strutturale e della spettroscopia laser ultraveloce. L’uso combinato delle tecniche ha richiesto l’uso di strutture laser specializzate negli Stati Uniti, Giappone, Corea e Germania.
Il lavoro è iniziato nel 2009, focalizzandosi sulla femtochimica, che studia le proteine reattive su scale temporali molto brevi. L’obiettivo era comprendere l’origine dei movimenti molecolari subito dopo l’impulso di luce laser.
Il team ha scoperto che questi movimenti ultraveloci non erano legati alla reazione biologica, ma alla coerenza vibrazionale. Hanno utilizzato il “controllo coerente” per modellare la luce laser e controllare i movimenti delle proteine.
Sei esperimenti in diverse strutture hanno portato a collaborazioni internazionali, e i dati sono stati combinati con metodi teorici derivati dalla femtochimica.
Il risultato ha richiesto un lavoro di oltre sette anni e una collaborazione che ha incluso 49 autori di 15 istituzioni. Il professor van Thor ha elogiato il team per la loro perseveranza e duro lavoro.
Altri coautori hanno enfatizzato l’unicità dei risultati e l’importanza del controllo coerente per comprendere come le proteine dei fotorecettori funzionino. Vedono un futuro promettente per scoperte nel campo e la possibilità di sbloccare principi biologici per nuovi materiali sensibili alla luce.
