Novo método revela alterações ocultas na vitamina B12
A abordagem de divisão de feixes abre a porta ao estudo de amostras líquidas altamente diluídas
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Os investigadores do European XFEL desenvolveram uma forma de estudar amostras líquidas que são demasiado diluídas para muitas das experiências de raios X existentes. O método é altamente sensível e, na primeira experiência, um grupo de cientistas internacionais descobriu novos pormenores sobre a forma como a vitamina B12 na água se altera depois de absorver a luz. Os resultados, publicados no Journal of the American Chemical Society, abrem a possibilidade de investigar uma gama muito mais vasta de sistemas químicos e biológicos do que anteriormente.
Muitas moléculas importantes só podem ser estudadas com raios X em concentrações muito baixas, quer porque não se dissolvem bem, quer porque só estão disponíveis pequenas quantidades. Isto cria um grande desafio para as experiências em líquidos: a água circundante produz frequentemente um sinal muito mais forte do que as relativamente poucas moléculas de interesse, tornando a medição extremamente difícil.
Para ultrapassar este problema, os investigadores do instrumento SCS (Spectroscopy and Coherent Scattering) do European XFEL desenvolveram um dispositivo especial de divisão do feixe. Este divide cada impulso de raios X em três partes: uma passa através da amostra, enquanto as outras duas actuam como referências. Ao comparar os três sinais ao mesmo tempo, a equipa pode corrigir as flutuações e isolar alterações que, de outra forma, seriam demasiado pequenas para serem detectadas.
"Normalizar cada disparo é crucial", diz Benjamin Van Kuiken, cientista de instrumentos da SCS. "É isso que nos dá a sensibilidade para trabalhar com amostras diluídas."
Resposta a uma questão de longa data
Os investigadores escolheram a vitamina B12 como um caso de teste exigente. "A vitamina B12 é uma amostra difícil", diz o primeiro autor Nahid Ghodrati, atualmente investigador de pós-doutoramento noutro instrumento europeu XFEL. "Dissolve-se apenas de forma limitada, a água à sua volta cria um forte sinal de fundo e as alterações que queremos observar ocorrem muito rapidamente." Os investigadores utilizaram apenas cerca de 9,5 gramas de vitamina B12 por litro de água. Mesmo nestas condições, a equipa foi capaz de detetar alterações extremamente pequenas desencadeadas pela luz. Uma variação do sinal medido tão pequena como 0,005% foi visível nos resultados. As alterações ultra-rápidas foram captadas por flashes de raios X que duraram apenas 100 quadrilionésimos de segundo.
A experiência fez mais do que demonstrar um novo método. Também ajudou a responder a uma questão de longa data sobre a vitamina B12: o que acontece exatamente no interior da molécula depois de absorver a luz? As novas medições indicam que a principal alteração se concentra em torno do átomo de cobalto no centro da molécula, em vez de envolver uma maior deslocação de electrões em toda a estrutura. "A capacidade única do instrumento SCS para estudar amostras diluídas deu-nos uma visão da rápida evolução da estrutura eletrónica da molécula que não conseguimos obter em mais lado nenhum", afirma James Penner-Hahn, professor da Universidade de Michigan, EUA.
Tornam-se possíveis novas experiências
Isto mostra que a nova abordagem pode fornecer informações pormenorizadas mesmo para amostras difíceis em solução. Os investigadores esperam que esta abordagem alargue o leque de experiências possíveis no XFEL europeu. "Agora que podemos estudar moléculas biológica e quimicamente importantes que até agora têm sido difíceis de estudar em solução e a baixas concentrações, muita ciência nova torna-se tangível", diz Andreas Scherz, cientista principal da SCS. Roseanne Sension, professora da Universidade de Michigan, acrescenta: "Ao permitir o acesso a um novo conjunto de amostras biológica e quimicamente importantes, o instrumento SCS alargou drasticamente a gama de amostras que esperamos estudar".
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Publicação original
Nahid Ghodrati, Luigi Adriano, Samuel M. Berry, Cammille Carinan, Robert Carley, ... Nils Huse, James E. Penner-Hahn, Roseanne J. Sension, Loïc Le Guyader, Benjamin E. Van Kuiken; "Femtosecond Soft X-ray Absorption Spectroscopy Identifies Metal-Centered S1 Excited State of Cyanocobalamin"; Journal of the American Chemical Society, 2026-4-27
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