Medindo como as moléculas se comunicam
Novo método permite a medição direta de cargas parciais em moléculas
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Uma equipa de investigação internacional liderada pela Universidade de Viena conseguiu desenvolver um novo método para medir diretamente cargas parciais em moléculas. Os resultados, agora publicados na revista Nature, fornecem novos conhecimentos sobre as interações moleculares e oferecem potenciais aplicações no desenvolvimento de medicamentos e na ciência dos materiais.
A cristalografia de electrões permite conhecer a disposição atómica dos compostos químicos. Utilizando a modelização iSFAC, verificou-se que o ião cloreto da ciprofloxacina tem uma carga parcial de -0,4 em vez de -1, o que afecta a forma como o medicamento interage nos sistemas biológicos.
C: Gruene/Schroeder
As forças electrostáticas - as interações atractivas ou repulsivas entre átomos ou moléculas - estão no centro de todas as interações moleculares: São fundamentais para a forma como as moléculas se montam, se alinham e reagem umas às outras. Em química, estas forças são descritas em termos de cargas parciais: pequenos desequilíbrios na forma como os electrões estão distribuídos dentro de uma molécula. Estas mudanças subtis de carga determinam a forma como as moléculas interagem entre si e com o meio envolvente. São fundamentais para compreender a reatividade química, a função biológica e o comportamento dos materiais. Na medicina, por exemplo, as cargas parciais influenciam a forma como os fármacos são absorvidos, distribuídos e metabolizados - e podem moldar tanto os seus efeitos terapêuticos como os potenciais efeitos secundários. No entanto, apesar da sua importância, as cargas parciais têm permanecido puramente teóricas: até agora, não havia forma de as medir diretamente.
Descoberta da medição de cargas moleculares
Uma equipa de investigação liderada por Tim Grüne, chefe do Core Facility for Crystal Structure Analysis, e Christian Schröder, do Departamento de Química Biológica Computacional da Universidade de Viena, desenvolveu agora um método que permite determinar experimentalmente as cargas parciais. "Utilizámos uma técnica chamada difração de electrões", explica Grüne. "Trata-se de dirigir um feixe fino de electrões para um cristal minúsculo. Uma vez que os electrões têm carga, são sensíveis ao potencial eletrostático no interior do cristal e, consequentemente, às cargas parciais dos átomos. As pequenas deflexões resultantes do feixe foram registadas com uma nova câmara desenvolvida no Instituto Paul Scherrer, na Suíça".
A equipa combinou os dados de difração com um novo método de análise denominado modelização do fator de dispersão iónica (iSFAC). Nesta abordagem, cada átomo de uma molécula é modelado simultaneamente como uma espécie neutra e como uma espécie carregada. Ao comparar o modelo com os dados experimentais, os investigadores conseguiram quantificar a carga parcial de cada átomo.
"Até agora, as cargas parciais eram estimadas através de métodos computacionais", afirma Christian Schröder. "Alguns deles ajustam as cargas atómicas para reproduzir o potencial eletrostático molecular, resultando nas chamadas cargas derivadas do potencial eletrostático (cargas ESP). Outros dividem a própria densidade eletrónica entre os átomos. Embora amplamente utilizados na modelação molecular, estes métodos podem produzir valores diferentes, dependendo do algoritmo. A nossa nova técnica experimental proporciona agora um meio de avaliar e aperfeiçoar estes modelos teóricos, oferecendo uma ligação direta".
Ampla aplicabilidade em todos os tipos de moléculas
Para demonstrar a ampla aplicabilidade do seu método, os investigadores examinaram um conjunto diversificado de compostos cristalinos - incluindo o catalisador industrial ZSM-5, os aminoácidos tirosina e histidina, o ácido tartárico do vinho austríaco e o antibiótico amplamente utilizado Ciprofloxacina. No caso da ciprofloxacina, que consta da lista de medicamentos essenciais da Organização Mundial de Saúde e é normalmente administrada como sal de cloridrato, a análise mostrou que o ião cloreto (Cl-) transporta apenas cerca de 40% de uma carga negativa total. Este facto demonstra até que ponto o ambiente de uma molécula pode influenciar a distribuição local da carga.
Potencial para a conceção de produtos farmacêuticos e materiais
O Núcleo de Análise da Estrutura Cristalina da Universidade de Viena tem desempenhado um papel fundamental no avanço da cristalografia eletrónica nos últimos anos. Com esta última descoberta, a técnica vai além da determinação das posições atómicas, revelando experimentalmente as propriedades electrónicas. A capacidade de medir cargas parciais abre novas possibilidades para a conceção de produtos farmacêuticos com maior especificidade e menos efeitos secundários, bem como de materiais funcionais com propriedades ajustadas com precisão.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Soheil Mahmoudi, Tim Gruene, Christian Schröder, Khalil D. Ferjaoui, Erik Fröjdh, Aldo Mozzanica, Kiyofumi Takaba, Anatoliy Volkov, Julian Maisriml, Vladimir Paunović, Jeroen A. van Bokhoven, Bernhard K. Keppler; "Experimental determination of partial charges with electron diffraction"; Nature, 2025-8-20
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