Dicroismo circolare

Il dicroismo circolare, indicato con l'acronimo CD, dall'inglese circular dichroism, è il fenomeno fisico di assorbimento differente da parte di una sostanza chirale delle due componenti, destra e sinistra, della luce polarizzata circolarmente. Con il termine dicroismo circolare si indica di solito anche la spettroscopia basata su questo principio.

Questo fenomeno fu scoperto da Aimé Cotton nel 1896.

Meccanismo

La luce piano-polarizzata può essere descritta in termini di due componenti circolarmente polarizzate: la luce circolarmente polarizzata destra (LCPD) e la luce circolarmente polarizzata sinistra (LCPS). Il vettore campo elettrico associato a questi due tipi di luce polarizzata descrive in entrambi i casi un percorso elicoidale, nel caso della LCPD si avrà un'elica destrorsa, mentre nel caso della LCPS l'elica sarà sinistrorsa. Queste due componenti della luce piano-polarizzata corrono a velocità differenti in un mezzo chirale, e da questo deriva l'attività ottica delle sostanze chirali, in particolare la rotazione del piano della luce piano-polarizzata.

Le due componenti circolarmente polarizzate vengono anche assorbite in maniera differente da un mezzo chirale (ε^R≠ε^L), e nella misura di questa differenza di assorbimento consiste la spettroscopia di dicroismo circolare. Alcune volte, invece del Δε, si preferisce misurare il fattore di dissimmetria:

g(λ)=Δε/ε_media

dove:

ε_media=ε^L(λ)+ε^R(λ)/2

Applicazioni

Su questo fenomeno è basata la tecnica spettroscopica di spettroscopia di dicroismo circolare, molto usata per studi sulla stereoisomeria delle sostanze e nella determinazione della struttura secondaria delle proteine.

Lo strumento (dicrografo) è composto da: sorgente, che deve essere particolarmente potente perché dev'essere ΔI_assorbita>Rumore; monocromatore; modulatore di frequenze, che fa passare prima luce polarizzata circolarmente destra e poi sinistra (o viceversa); cella del campione; rivelatore.

Metodi per determinare il dicroismo nelle proteine

Esistono diversi metodi per ricavare il dicroismo circolare di strutture proteiche e ricavare quindi informazioni utili al fine di determinarne la struttura secondaria.

Un metodo usato è quello di fare un sistema di equazioni mettendo x proteine, con dicroismo totale a una data λ e struttura nota, con x strutture trovando così il dicroismo di ogni struttura.

Alcuni modelli proposti sono: Greenfield e Fasman (1969, stima di α-elica e random-coil), Rosenkranz e Sholtan (1971, basato sull'uso di un polipeptide di (Ser)_n), S. Brahams e J. Brahams (1980, introduce i β-turns e usa polipeptidi diversi per le diverse strutture), Saxena e Wetlaufer (1971, usa 3 proteine), Chen e Yang (prima usava 5 proteine, poi 8 e infine, nel 1978, 15 e introcuce i β-turns), Provencher e Glockner (1981), Hennessey e Johnson (1981), Manalavan e Johnson (1987). Alcuni di questi metodi sono stati successivamente modificati.

Metodo autovettoriale di Hennessey e Johnson

Inventato autonomamente da Hennessey e Johnson nel 1981. Il metodo si basa sull'utilizzo di 15 proteine e un polipeptide di (Glu)_n, considerando 8 tipi di struttura (α-elica, β-form parallelo e antiparallelo, 4 tipi di β-turn e random).

Bibliografia

• Peter Atkins; Julio De Paula, Chimica Fisica, 4^a ed., Bologna, Zanichelli, settembre 2004.ISBN 88-08-09649-1

Collegamenti esterni

• (EN) IUPAC Gold Book, "circular dichroism (CD)"
• Attività ottica sul sito del Biophysics Group dell'Università degli Studi di Roma Tor Vergata

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