Lundaforskare tar hjälp av superdator för att förklara mystiska experimentresultat
För tio år sedan upptäckte forskare i Lund tecken på att en av fysikens mest fundamentala lagar, Coulombs lag, inte verkade solid i vatten. I experiment såg det ut som att två laddningar av samma tecken attraherade varandra. Men tack vare en superdator kan forskarna nu lägga fram en förklaringsmodell som visar att Coulombs lag inte låter sig utmanas i brådrasket.
Det var i samband med ett experiment om inbindningen av kaliumjoner i vattenlösning som upptäckten gjordes. Kaliumjoner, som har en plusladdning, bands till en liten organisk molekyl, en så kallad receptor, med två identiska bindningsställen för kalium. Det var när forskarna skulle studera dessa bindningsställen, som är placerade i närheten av varandra i receptorn, som de upptäckte att det verkade vara energimässigt mer gynnsamt att binda en positiv jon till receptorn när det redan satt en positiv jon i närheten. De två positiva laddningarna hade till synes en attraktion mellan sig.
– Vi blev väldigt förvånade eftersom det formellt motsäger Coulombs lag. Vi har ju alla fått lära oss att två laddningar av samma tecken, positiva eller negativa, repellerar varandra, säger Kenneth Wärnmark, kemiforskare vid Lunds universitet.
Det är först nu tio år senare som forskarna har kunnat presentera en molekylär tolkning. Detta tack vare den enorma utvecklingen av beräkningskraft. Med hjälp av superdatorn på beräkningscentret LUNARC i Lund kunde de få fram en 1:1-modell av det experimentella systemet i atomära detaljer. Resultaten visar att Coulombs lag visst är applicerbar i det aktuella fallet.
– Det var först när vi kunde få med den molekylära förklaringen som storleken på interaktionen även teoretiskt kunde räknas fram med stor överensstämmelse. Det är fantastiskt vad tid, utveckling och otroligt duktiga doktorander kan göra, säger Mikael Lund, kemiforskare vid Lunds universitet.
Trots att forskarna inte lyckades krossa den fundamentala fysiklagen har studien gett en rad nya, banbrytande insikter i hur receptorer fungerar på molekylnivå. Eftersom receptorer är viktiga molekyler som bland annat sköter kommunikationen mellan olika organ i kroppen och igångsättandet av ämnen, som exempelvis får oss att svettas om det är varmt eller blinka om vi blir utsatta för solljus, ser forskarna stora tillämpningsmöjligheter av att på ett djupare molekylärt plan förstå hur receptorer reagerar på stimuli.
– Vår studie ger viktig information om möjliga molekylära förlopp som kan vara av stor vikt vid utvecklandet av nya läkemedel eller upprening av miljöfarligt avfall, så som kärnkraftsavfall, säger Mikael Lund.
Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Journal of the American Chemical Society: ”Counter Intuitive Electrostatics upon Metal Ion Coordination to a Receptor with Two Homotopic Binding Sites”
För mer information, kontakta:
Mikael Lund, professor
Kemiska institutionen, Lunds universitet
mikael.lund@teokem.lu.se
046 222 31 67
Kenneth Wärnmark, professor
Kemiska institutionen, Lunds universitet
kenneth.warnmark@chem.lu.se
046 222 82 17
Presskontakt:
johan.joelsson@science.lu.se
073 027 58 90
