Исследователи из Рурского университета в Бохуме (Германия) разработали новый метод, который позволяет им впервые визуализировать вклад взаимодействия между водой и белками с экстремально высоким временным разрешением.
Терагерцовая (ТГц) калориметрия позволяет количественно оценить изменения фундаментальных термодинамических величин, таких как энтропия сольватации и энтальпия, в связи с биологическими процессами в реальном времени.
Группа исследователей под руководством профессора Мартины Хавенит, представителя кластера Excellence Cluster Ruhr Explores Solvation–RESOLV, опубликовала отчёт в журнале Nature Reviews Chemistry 9 мая 2025 года.
Фундаментальные биологические процессы, такие как формирование фибрилл — тонких, нитевидных структур, состоящих из пучков белковых нитей, которые служат основным компонентом различных тканей и клеток, — или сворачивание белков, или агрегация белков как признак неврологических заболеваний, являются неравновесными процессами.
«Это означает, что они могут быть инициированы незначительными изменениями внешних условий, таких как температура», — объясняет Хавенит. Хотя все эти процессы происходят в растворителе — в данном случае в воде, — взаимодействие с молекулами воды ранее не учитывалось.
С помощью терагерцовой калориметрии Хавенит и её команда разработали метод, который позволяет количественно определять термодинамические величины, определяющие ход биологических функций, на основе спектроскопических измерений.
«Это позволяет нам впервые спектроскопически измерить термодинамику взаимодействия между белками и водой», — говорит исследователь. Команда проводит измерения в терагерцевом диапазоне электромагнитного спектра, который ранее был недоступен экспериментально.
Благодаря точным спектроскопическим измерениям и новой теоретической концепции исследователи смогли обнаружить корреляцию 1:1 между данными спектроскопических измерений и термодинамическими величинами, такими как теплоёмкость или свободная энергия.
Это позволяет использовать все преимущества лазерно-спектроскопических методов в будущем. «Теперь мы можем использовать экстремально высокое временное разрешение в миллионную долю секунды для изучения термодинамического уравновешивания в химических реакциях в реальном времени», — говорит Хавенит. Измерения в мельчайших наноконтейнерах и локальных горячих точках во время формирования нейротоксичных агрегатов теперь доступны.
Предоставлено Рурским университетом в Бохуме.