Un nuevo método revela cambios ocultos en la vitamina B12
La división de haces permite estudiar muestras líquidas muy diluidas
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Investigadores del XFEL europeo han desarrollado una forma de estudiar muestras líquidas demasiado diluidas para muchos de los experimentos con rayos X existentes. El método es muy sensible y, en el primer experimento, un grupo de científicos internacionales descubrió nuevos detalles sobre cómo cambia la vitamina B12 en el agua tras absorber la luz. Los resultados, publicados en el Journal of the American Chemical Society, abren la posibilidad de investigar una gama de sistemas químicos y biológicos mucho más amplia que antes.
Muchas moléculas importantes sólo pueden estudiarse con rayos X en concentraciones muy bajas, ya sea porque no se disuelven bien o porque sólo se dispone de pequeñas cantidades. Esto supone un gran reto para los experimentos en líquidos: el agua circundante suele producir una señal mucho más fuerte que las relativamente pocas moléculas de interés, lo que dificulta enormemente la medición.
Para superar este problema, los investigadores del instrumento SCS (Espectroscopia y Dispersión Coherente) del XFEL europeo desarrollaron un dispositivo especial de división del haz. Divide cada pulso de rayos X en tres partes: una pasa a través de la muestra, mientras que las otras dos actúan como referencias. Al comparar las tres señales al mismo tiempo, el equipo puede corregir las fluctuaciones y aislar los cambios que, de otro modo, serían demasiado pequeños para detectarlos.
"Normalizar cada disparo es crucial", afirma Benjamin Van Kuiken, científico del instrumento SCS. "Eso es lo que nos da la sensibilidad para trabajar con muestras diluidas".
Respuesta a una vieja pregunta
Los investigadores eligieron la vitamina B12 como caso de prueba exigente. "La vitamina B12 es una muestra difícil", explica Nahid Ghodrati, primera autora e investigadora postdoctoral en otro instrumento XFEL europeo. "Se disuelve sólo hasta cierto punto, el agua que la rodea crea una fuerte señal de fondo y los cambios que queremos observar se producen muy rápidamente". Los investigadores utilizaron sólo unos 9,5 gramos de vitamina B12 por litro de agua. Incluso en estas condiciones, el equipo pudo detectar cambios extremadamente pequeños provocados por la luz. En los resultados se apreciaba una variación de la señal medida tan pequeña como el 0,005%. Los cambios ultrarrápidos fueron captados por destellos de rayos X que duraron apenas 100 cuatrillonésimas de segundo.
El experimento hizo algo más que demostrar un nuevo método. También ayudó a responder a una vieja pregunta sobre la vitamina B12: ¿qué ocurre exactamente en el interior de la molécula después de que absorba la luz? Las nuevas mediciones indican que el principal cambio se concentra alrededor del átomo de cobalto, en el centro de la molécula, en lugar de implicar un desplazamiento mayor de electrones en toda la estructura. "La capacidad única del instrumento SCS para estudiar muestras diluidas nos ha permitido comprender la rápida evolución de la estructura electrónica de la molécula, algo que no podíamos conseguir en ningún otro lugar", afirma James Penner-Hahn, profesor de la Universidad de Michigan (EE.UU.).
Nuevos experimentos posibles
Esto demuestra que el nuevo método puede proporcionar información detallada incluso de muestras difíciles en disolución. Los investigadores esperan que amplíe la gama de experimentos posibles en el XFEL europeo. "Ahora que podemos estudiar moléculas importantes desde el punto de vista biológico y químico que hasta ahora eran difíciles de estudiar en disolución y a bajas concentraciones, se hace tangible mucha ciencia nueva", afirma Andreas Scherz, científico principal del SCS. La profesora de la Universidad de Michigan Roseanne Sension añade: "Al permitir el acceso a un nuevo conjunto de muestras de importancia biológica y química, el instrumento SCS ha ampliado espectacularmente la gama de muestras que esperamos estudiar".
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Publicación 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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