Tema 5: Dicroísmo circular

Transcripción

1 Tema 5: Dicroísmo circular

2 La luz polarizada en un plano se puede descomponer en dos componentes polarizados circularmente en sentidos opuestos. Ambas componentes están en fase y son de la misma amplitud. Luz circularmente polarizada A la izquierda (LCP) A la derecha (RCP)

3 Al pasar por un medio ópticamente activo, cada componente interactúa de manera diferente con los centros quirales de las moléculas presentes

4 La diferencia en la absorción de la luz polarizada circularmente a la izquierda (LCP) y la derecha (RCP) es la base del dicroísmo circular. Una molécula que absorbe LCP y RCP de manera diferente es ópticamente activa o quiral. La luz polarizada plana se convierte en elíptica por efecto de un cromóforo ópticamente activo

5 Al atravesar el medio quiral, la luz deja de estar circularmente polarizada para definir una elipse La relación entre los ejes menor y mayor de la elipse es, por definición, la tangente del ángulo teta θ (azul). El ángulo θ se llama elipticidad, mientras que el ángulo OR se llama rotación óptica (α ). La elipticidad es una consecuencia directa de la presencia de dicroísmo circular. Se puede demostrar que la elipticidad es directamente proporcional al dicroísmo circular: θ = CD

6 E R E L E R - E L E R + E L E R - E L E R + E L

7 Entonces como los componentes circularmente polarizados son absorbidos en diferentes grados por una sustancia quiral, la luz que pasa a través de la misma estará polarizada elípticamente y se dice que esta sustancia tiene dicroísmo circular (DC), magnitud expresada en unidades de elipticidad molecular (θ)

8 Como los índices de refracción del medio quiral son distintos para cada componente, se produce un desfasamiento entre ellos que provoca la rotación del plano de polarización en un ángulo α, dándose un proceso de dispersión que se conoce como dispersión óptica rotatoria (DOR o ORD).

9 ORD y CD son manifestaciones diferentes de un mismo fenómeno: la interacción de la luz polarizada (ER y EL) con moléculas quirales En ORD, la detección consiste en evaluar el cambio de velocidad de los haces a través del cambio en el índice de refracción: nr nl En CD, la detección consiste en evaluar el cambio en la amplitud ( ER y EL ) de los haces a través del cambio en la absorción: εr ε L

10 Entonces tanto DC como DOR varían con la longitud de onda, pudiéndose representar la rotación o elipticidad frente a la misma, obteniéndose espectros de estos fenómenos. Los espectros de dicroísmo circular se obtienen generalmente en las regiones del ultravioleta cercano (250 a 350 nm) y lejano (180 a 250 nm) de la radiación electromagnética. R-10-Camphorsulfonic acid

11 Entonces el ámbito de aplicación de la espectroscopia de CD es estudiar la disposición tridimensional de algunos grupos de cromóforos en una molécula de interés. Los cromóforos son muy comunes en compuestos biológicos (por ejemplo, el enlace peptídico de las proteínas o las bases nitrogenadas del ADN), por lo que la espectroscopía de CD no está restringida a los compuestos cromóforos quirales de bajo peso molecular

12 Aplicaciones Determinación configuraciones absolutas de compuestos orgánicos u organometálicos quirales, tanto en disolución como sólidos (en pastilla de KBr) Determinación de la estructura secundaria de proteínas y de ácidos nucleicos Estudios conformacionales de proteínas y péptidos Estudios de desnaturalización química o térmica de proteínas Estudios de unión a ligandos

13 Equipamiento Espectropolarímetro con lámpara de Xe y sistema de control de temperatura

14 Aplicación al estudio conformacional de proteínas

15 En el UV lejano (180 a 250 nm) absorbe el enlace peptídico Se refleja el contenido de estructuras secundarias

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17 Absorciones características: α-hélice: Máximo a 190 nm Dos Mínimos a 208 y 222nm Hoja β: Máximo a 195 Mínimo a 217 Estructura desordenada: Mínimo a 195 Máximo a 212 nm

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19 Los espectros de DC de una proteína en el UV lejano son una combinación lineal de n espectros correspondientes a los diferentes elementos de su estructura secundaria Entonces: Simulador de espectros de dicroísmo circular de proteínas

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21 Para consultar Breve introducción, tutorial, ejercicios : Electromagnetic waves and circular dichroism: an animated tutorial - Methods in Molecular Biophysics. Serdyuk, Zaccai & Zaccai. Capítulo Optical Activity (pp ) -Spectroscopic Methods for determining protein structure in solution (Ed.H.A. Havel) Capítulo Protein Structure Analysis using CS (M.G. Mulkerrin) (pp. 5-27) -Circular dichroism and the conformational analysis of biomolecules. Gerald D. Fasman (1996). Springer. -Comprehensive Chiroptical Spectroscopy, Applications in Stereochemical Analysis of Synthetic Compounds, Natural Products, and Biomolecules. Nina Berova, Prasad L. Polavarapu, Koji Nakanishi, Robert W. Woody. Ed. John Wiley & Sons, Mar 27, 2012