Une nouvelle méthode révèle les changements cachés dans la vitamine B12
L'approche de la séparation des faisceaux ouvre la voie à l'étude d'échantillons liquides hautement dilués
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Des chercheurs de l'European XFEL ont mis au point un moyen d'étudier des échantillons liquides qui sont trop dilués pour la plupart des expériences à rayons X existantes. La méthode est très sensible et, lors de la première expérience, un groupe de scientifiques internationaux a découvert de nouveaux détails sur la façon dont la Vitamine B12 dans l'eau se modifie après avoir absorbé la lumière. Les résultats, publiés dans le Journal of the American Chemical Society, ouvrent la possibilité d'étudier un éventail beaucoup plus large de systèmes chimiques et biologiques qu'auparavant.
De nombreuses molécules importantes ne peuvent être étudiées aux rayons X qu'à de très faibles concentrations, soit parce qu'elles ne se dissolvent pas bien, soit parce que seules de petites quantités sont disponibles. Cela pose un problème majeur pour les expériences dans les liquides : l'eau environnante produit souvent un signal beaucoup plus fort que les molécules d'intérêt, relativement peu nombreuses, ce qui rend la mesure extrêmement difficile.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs de l'instrument SCS (Spectroscopie et diffusion cohérente) du XFEL européen ont mis au point un dispositif spécial de division du faisceau. Ce dispositif divise chaque impulsion de rayons X en trois parties : l'une traverse l'échantillon, tandis que les deux autres servent de référence. En comparant les trois signaux en même temps, l'équipe peut corriger les fluctuations et isoler les changements qui seraient autrement trop petits pour être détectés.
"La normalisation de chaque prise de vue est cruciale", explique Benjamin Van Kuiken, scientifique chargé de l'instrumentation du SCS. "C'est ce qui nous donne la sensibilité nécessaire pour travailler avec des échantillons dilués.
Réponse à une question de longue date
Les chercheurs ont choisi la vitamine B12 comme test exigeant. "La vitamine B12 est un échantillon difficile", explique le premier auteur, Nahid Ghodrati, aujourd'hui chercheur postdoctoral dans un autre instrument européen XFEL. "Elle ne se dissout que dans une mesure limitée, l'eau qui l'entoure crée un signal de fond important, et les changements que nous voulons observer se produisent très rapidement." Les chercheurs ont utilisé environ 9,5 grammes de vitamine B12 par litre d'eau. Même dans ces conditions, l'équipe a pu détecter des changements extrêmement faibles déclenchés par la lumière. Une variation du signal mesuré aussi faible que 0,005 % était visible dans les résultats. Les changements ultrarapides ont été saisis par des flashs de rayons X qui n'ont duré que 100 quadrillionièmes de seconde.
L'expérience n'a pas seulement permis de démontrer une nouvelle méthode. Elle a également permis de répondre à une question de longue date concernant la vitamine B12 : que se passe-t-il exactement à l'intérieur de la molécule après qu'elle a absorbé la lumière ? Les nouvelles mesures indiquent que le principal changement se concentre autour de l'atome de cobalt au centre de la molécule, plutôt que d'impliquer un déplacement plus important des électrons dans l'ensemble de la structure. "La capacité unique de l'instrument SCS à étudier des échantillons dilués nous a permis de comprendre l'évolution rapide de la structure électronique de la molécule, ce que nous ne pouvions obtenir nulle part ailleurs", explique James Penner-Hahn, professeur à l'université du Michigan (États-Unis).
De nouvelles expériences deviennent possibles
Cela montre que la nouvelle approche peut fournir des informations détaillées même pour des échantillons difficiles en solution. Les chercheurs s'attendent à ce qu'elle élargisse la gamme d'expériences possibles au XFEL européen. "Maintenant que nous pouvons étudier des molécules biologiquement et chimiquement importantes qui étaient jusqu'à présent difficiles à étudier en solution et à faible concentration, beaucoup de nouvelles sciences deviennent tangibles", déclare Andreas Scherz, scientifique principal au SCS. Roseanne Sension, professeur à l'université du Michigan, ajoute : "En permettant l'accès à un nouvel ensemble d'échantillons biologiquement et chimiquement importants, l'instrument SCS a considérablement élargi la gamme d'échantillons que nous espérons étudier".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
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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