Este trabalho foi apoiado pelo cluster de excelência "O Centro de Excelência para Imagem Ultrarrápida – Estrutura, Dinâmica e Controle da Matéria na Escala Atômica" da Deutsche Forschungsgemeinschaft e pelo Instituto Virtual Helmholtz "Caminhos Dinâmicos em Paisagens Multidimensionais".

1. Descrição da Configuração Experimental
Um esquema da configuração e defletor do feixe molecular da fase gasosa é mostrado na Figura 221. Consiste em
<ol><li>Uma válvula Even-Laviepulsada 29 contendo a amostra molecular. Outras válvulas de feixe molecular pulsadas podem ser usadas igualmente bem, desde que um feixe molecular frio (O(1 K)) seja formado. Os seguintes parâmetros são específicos para a válvula Even-Lavie empregada. Nos experimentos aqui apresentados, a válvula é operada a uma taxa de repetição de 20 Hz com altas pressões de apoio (hélio a ~50 bar) e expandida para uma câmara de vácuo evacuada para <10-6 mbar.</li>
	<li>Um skimmer de feixe molecular (2 mm de diâmetro) é colocado 22 cm rio abaixo da válvula, colidindo o feixe molecular e levando a condições diferenciais de bombeamento entre a válvula pulsada e o resto do sistema de vácuo.</li>
	<li>Imediatamente após o skimmer as moléculas entram no dispositivo de deflexão eletrostática. Trata-se de uma haste (raio de 3,0 mm) e um cocho (raio de curvatura de 3,2 mm), cada um com 24 cm de comprimento. A diferença vertical entre os eletrodos no centro do dispositivo é de 2,3 mm. Uma diferença potencial entre 0-26 kV é aplicada entre a haste e o cocho, produzindo um forte campo elétrico inhomogêneo com um gradiente de campo quase constante30,como indicado no início da Figura 2.</li>
	<li>Logo após as moléculas defletor entrarem na região de interação através de um segundo skimmer, proporcionando um estágio de bombeamento diferencial adicional.</li>
	<li>A região de interação (evacuada para pressões <10-9 mbar) contém uma configuração padrão de Wiley-McLaren time-of-flight (TOF). As moléculas são ionizadas por pulsos laser focados no centro da região de extração, entre os eletrodos repelente e extrator. Os íons produzidos são acelerados em direção a um detector de placas multicanais (PCM), onde um espectro de massa é registrado.</li>
	<li>Os pulsos de laser são derivados de um laser de corante bombeado Nd:YAG, fornecendo comprimentos de onda de saída típicos em torno de 283 nm (experimentos indolos) ou 272 nm (experimentos de 3 fluorofenol) e energias de pulso de alguns mJ. As durações do pulso estão na ordem de 10 nseg e os pulsos são focados com uma lente f = 750 mm para um tamanho spot de ~100 μm na região de interação.</li>
	<li>A sequência de tempo é controlada por um gerador de atraso digital fornecendo o relógio mestre. Isso aciona o laser Nd:YAG (lâmpadas flash e Q-switch), a válvula pulsada e o cartão digitalizador usado para gravar espectros de massa.</li>
	<li>Espectros de massa são gravados em um cartão digitalizador, acionado ao mesmo tempo que o interruptor Q laser. As densidades de feixes moleculares são extraídas de portões de massa apropriados nos espectros de tempo de voo registrados.</li>
</ol>2. Produção e Caracterização de um Feixe Molecular Selecionado Conformer
<ol><li>Um feixe molecular frio das moléculas-alvo é criado através de expansão supersônica e caracterizado usando perfis espaciais (x, y direções) e temporais (direção z).</li>
	<li>Carregue o reservatório amostral da válvula pulsada com a amostra química. Dissolva amostras sólidas em um solvente apropriado e coloque algumas gotas em um pequeno pedaço de papel filtro que é inserido no cartucho de amostra. Coloque amostras líquidas diretamente no papel do filtro.</li>
	<li>Produza a expansão supersônica, usando um gás de apoio de alta pureza de alta pressão. Ajuste a temperatura do reservatório de amostras dentro da válvula de modo que a pressão parcial da amostra seja de aproximadamente 10 mbar. Nota: Para amostras líquidas normalmente não é necessário aquecimento. O tempo de abertura da válvula depende do modelo exato da válvula pulsada utilizado, para os experimentos apresentados aqui a válvula Even-Lavie é operada com uma duração de pulso elétrico de 10 μseg.</li>
	<li>Caracterize o feixe molecular produzido com o defletor eletrostático desligado. Defina o laser de ionização a um comprimento de onda conhecido para ionização multifotn aprimorada por ressonância (REMPI) de um conformador específico da amostra. Regisso temporizou um perfil temporal do pulso do feixe molecular monitorando o rendimento total do íon-pai no detector mcp em função do atraso válvula-laser.</li>
	<li>Fixar o atraso válvula-laser na posição de intensidade máxima para todas as medições subsequentes.</li>
	<li>Registo transversal do feixe molecular monitorando o rendimento total do íon-pai em função da posição y do foco do laser. Faça isso movendo a lente focalizando perpendicularmente para a direção de propagação a laser, de modo que o foco se move na direção y em relação ao feixe molecular.</li>
	<li>Repita o perfil temporal e espacial para todos os conformadores de interesse no feixe. Nota: Estes normalmente têm ressonâncias REMPI distintas, de tal forma que cada conformador pode ser sondado separadamente. Na ausência de um campo de deflexão, no entanto, os perfis temporais e espaciais são idênticos para todos os conformadores.</li>
	<li>Caracterização do feixe desviado. Ligue a fonte de alta tensão ao defletor e registe os perfis espaciais para todos os isômeros. Estes devem agora ser desviados de acordo com a proporção de momentos de massa para dipolo. Nota: Para espécies submetidas a grandes desvios, pode ser necessário mover o skimmer imediatamente após o defletor para garantir uma boa transmissão do feixe desviado para a região de detecção.</li>
	<li>Realizar experimentos na parte mais conformer ou tamanho selecionado do feixe molecular, garantindo que a interação ( porexemplo, um raio laser de cruzamento) ocorra dentro da parte do feixe molecular contendo apenas as espécies de interesse.</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Ao longo deste manuscrito, a familiaridade com componentes de vácuo ultra-alto, válvulas de feixe molecular pulsadas e fontes de laser é assumida e os procedimentos de segurança associados devem ser sempre respeitados. É preciso ter cuidado especial ao manusear os eletrodos de alta tensão para o defletor. Suas superfícies precisam ser polidas a um alto padrão e devem ser absolutamente limpas para evitar arcos dentro da câmara de vácuo. Antes do primeiro uso, os eletrodos devem ser condicionados sob vácuo. A tensão aplicada é len...

Os modernos experimentos de física molecular e química física em fase de gás frequentemente usam expansões supersônicas de moléculas-alvo para produzir amostras moleculares rotacionalmente frias dentro de um feixe molecular. No entanto, mesmo a baixas temperaturas de rotação de 1 K, que podem ser rotineiramente alcançadas usando expansões supersônicas, grandes moléculas ainda podem permanecer em múltiplas conformações dentro do feixe1. Da mesma forma, a produção de aglomerados moleculares em uma fonte de feixe não resulta em uma única espécie, mas sim na formação de uma "sopa de cluster", contendo muitas estoquitometrias de aglomerados diferentes, bem como permanecendo moléculas puras-mãe. Isso torna difícil o estudo desses sistemas com novas técnicas como a imagem de orbitais moleculares2, distribuições angulares de fotoelétrons de quadro molecular3-5 ou elétron6-10 e difração de raios-X11-13, pois requerem amostras puras, consistentes e homogêneas na fase gasosa.
Enquanto várias metodologias estão agora disponíveis para separar diferentes conformadores de espécies carregadas na fase gasosa (por exemplo, tubos de deriva de mobilidadede íons 14,15) e os clusters carregados são facilmente separados por sua relação massa-carga, essas técnicas não são aplicáveis a espécies neutras. Recentemente demonstramos que essas questões podem ser superadas com o uso de um dispositivo de deflexão eletrostática16,17,permitindo a separação de conformadores moleculares, bem como clusters e a produção de feixes moleculares rotacionalmente frios.
O uso de deflexão eletrostática é uma técnica clássica de feixe molecular, das quais as origens remontam a18,19. As primeiras ideias de utilização da deflexão eletrostática para a separação dos estados quânticos foram introduzidas por Stern em 192620. Enquanto os primeiros experimentos foram realizados em pequenas moléculas a altas temperaturas, demonstramos a aplicação desta técnica a grandes moléculas polares e aglomerados a baixas temperaturas16,21.
Moléculas polares experimentam uma força dentro de um campo elétrico inhomogenous(E)devido às diferenças espaciais na energia potencial. Essa força <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> depende do momento efetivo do dipolo, μeff,da molécula e pode ser avaliada como
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Como diferentes conformadores moleculares normalmente possuem diferentes momentos de dipolo e números diferentes de moléculas de solventes dentro de um aglomerado levam a diferentes massas de aglomerados e momentos de dipolo, essas espécies experimentarão uma aceleração diferente na presença de um forte campo elétrico inhomogêneo. A força de efeito Stark resultante de um campo elétrico inhomogêneo pode, portanto, ser usada para a separação de conformadores e estados quânticos22. Isso é indicado na Figura 1, mostrando as curvas stark calculadas para os estados J = 0,1,2 rotacionais dos conformadores cis e trans de 3-fluorofenol, respectivamente. Isso leva a grandes diferenças em μeff, como mostrado nas Figuras 1c e 1d, e, portanto, uma aceleração diferente é experimentada pelos dois conformadores em campos elétricos inhomogêneos. Portanto, um dispositivo de deflexão eletrostática pode ser usado como uma relação de momento massa-para-dipolo(m/μeff) separador, em analogia a um espectrômetro de massa agindo como uma relação massa-carga(m/z) filtro23.
Além disso, essas técnicas permitem a separação dos estados quânticos rotacionais24,25. Como os estados rotacionais terrestres (curvas azuis nas Figuras 1a e 1b) exibem a maior mudança stark, estes serão mais desviados e podem ser espacialmente separados de moléculas nos estados mais altos de J 17. A parte mais fria de um feixe molecular pode, portanto, ser selecionada, auxiliando significativamente em muitas aplicações, como alinhamento e orientação das moléculas-alvo17, 26-28.
Nesta contribuição, mostramos como um dispositivo de deflexão eletrostática pode ser usado para separar espacialmente diferentes espécies de grandes moléculas polares e aglomerados. Exemplos de dados são apresentados para a produção de um feixe puro de um conformador individual e de um aglomerado soluto-solvente de tamanho e razão bem definidos. Especificamente apresentamos dados sobre 3-fluorofenol, onde um feixe puro contendo apenas o conformador trans é produzido, e em aglomerados de água indol, onde o aglomerado indole(H2O)1 pode ser espacialmente separado da água, indol, indole(H2O)2 , etc.

<table><tbody><tr><td>Vacuum system</td><td>various, &lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dye laser system</td><td>various, &lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&amp;hellip;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pulsed valve</td><td>Even-Lavie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>High voltage power supply</td><td>eg. FUG</td><td>HCP 14-20000</td><td></td></tr><tr><td>Deflector</td><td></td><td></td><td>Custom made</td></tr><tr><td>Time-of-flight spectrometer</td><td>Jordan TOF</td><td>C-677</td><td></td></tr><tr><td>TOF power supply</td><td>Jordan TOF</td><td>D-603</td><td></td></tr><tr><td>Focusing lens</td><td>Thorlabs</td><td>LA4745</td><td></td></tr><tr><td>Translation stage</td><td>&lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Vision Lasertechnik</td><td>8MT167-25</td><td></td></tr><tr><td>Digitizer</td><td>&lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Agilent</td><td>Acquiris DC440</td><td></td></tr><tr><td>Digital delay generator</td><td>Stanford Systems</td><td>SRS DG645</td><td></td></tr><tr><td>Molecular beam skimmer</td><td>Beam Dynamics Inc.</td><td></td><td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td></tr></tbody></table>

spatial separation of molecular conformers and clusters

Física molecular em fase de gás e experimentos de química física geralmente usam expansões supersônicas através de válvulas pulsadas para a produção de feixes moleculares frios. No entanto, esses feixes geralmente contêm vários conformadores e aglomerados, mesmo a baixas temperaturas de rotação. Apresentamos uma metodologia experimental que permite a separação espacial dessas partes constituintes de uma expansão de feixe molecular. Usando um defletor elétrico, o feixe é separado por sua proporção de momento de massa para dipolo, análogo a um dobrador ou a um espectrômetro de massa do setor elétrico dispersando espacialmente moléculas carregadas com base em sua relação massa-carga. Este defletor explora o efeito Stark em um campo elétrico inhomogêneo e permite a separação de espécies individuais de moléculas e aglomerados neutros polares. Além disso, permite a seleção da parte mais fria de um feixe molecular, já que estados quânticos de baixa energia rotacionais geralmente experimentam a maior deflexão. Diferentes isômeros estruturais (conformadores) de uma espécie podem ser separados devido ao arranjo diferente de grupos funcionais, o que leva a momentos distintos de dipolo. Estes são explorados pelo defletor eletrostático para a produção de uma amostra conformamente pura de um feixe molecular. Da mesma forma, estoquitometrias específicas de cluster podem ser selecionadas, pois o momento de massa e dipolo de um determinado aglomerado depende do grau de solvação em torno da molécula-mãe. Isso permite experimentos em tamanhos e estruturas específicas de aglomerados, permitindo o estudo sistemático da solvação de moléculas neutras.

A técnica de deflexão eletrostática foi aplicada com sucesso à separação dos isômeros estruturais16 e dos clusters neutros21,bem como à produção de amostras moleculares selecionadas pelo estado quântico rotacional31. Demonstramos isso com resultados representativos para a separação de conformadores cis e trans de 3-fluorofenol, e tamanho selecionado indole (H2O)n clusters.
Os conformadores de fluorofenol fora...

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Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Apresentamos uma técnica que permite a separação espacial de diferentes conformadores ou aglomerados presentes em um feixe molecular. Um defletor eletrostático é usado para separar espécies por sua proporção de momento massa-dipolo, levando à produção de conjuntos de fase de gás de um único conformador ou estoquiometria de cluster.

Separação Espacial de Conformadores Moleculares e Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed assembly1-3, drug delivery4, improved hydrocarbon recovery5-7, and flowable electrodes for energy storage8. Suspensions containing fluorescent colloids and non-adsorbing polymers are appealing model systems, as the ratio of the polymer radius of gyration to the particle radius&#160;and concentration of polymer control the range and strength of the interparticle attraction, respectively. By tuning the polymer properties and the volume fraction of the colloids, colloid fluids, fluids of clusters, gels, crystals, and glasses can be obtained9.&#160;Confocal microscopy, a variant of fluorescence microscopy, allows an optically transparent and fluorescent sample to be imaged with high spatial and temporal resolution in three dimensions. In this technique, a small pinhole or slit blocks the emitted fluorescent light from regions of the sample that are outside the focal volume of the microscope optical system. As a result, only a thin section of the sample in the focal plane is imaged. This technique is particularly well suited to probe the structure and dynamics in dense colloidal suspensions at the single-particle scale: the particles are large enough to be resolved using visible light and diffuse slowly enough to be captured at typical scan speeds of commercial confocal systems10. Improvements in scan speeds and analysis algorithms have also enabled quantitative confocal imaging of flowing suspensions11-16,37.&#160;In this paper, we demonstrate confocal microscopy experiments to probe the confined phase behavior and flow properties of colloid-polymer mixtures. We first prepare colloid-polymer mixtures that are density- and refractive-index matched. Next, we report a standard protocol for imaging quiescent dense colloid-polymer mixtures under varying confinement in thin wedge-shaped cells. Finally, we demonstrate a protocol for imaging colloid-polymer mixtures during microchannel flow.

Confocal microscopy is used to image quiescent and flowing colloid-polymer mixtures, which are studied as model systems for attractive suspensions. Image analysis algorithms are used to calculate structural and dynamic metrics for the colloidal particles that measure changes due to geometric confinement.

Imagem confocal de Confinado repouso e fluindo Misturas colóide-polímero

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

Química

High-resolution Single Particle Analysis from Electron Cryo-microscopy Images Using SPHIRE

SPHIRE (SPARX for High-Resolution Electron Microscopy) is a novel open-source, user-friendly software suite for the semi-automated processing of single particle electron cryo-microscopy (cryo-EM) data. The protocol presented here describes in detail how to obtain a near-atomic resolution structure starting from cryo-EM micrograph movies by guiding users through all steps of the single particle structure determination pipeline. These steps are controlled from the new SPHIRE graphical user interface and require minimum user intervention. Using this protocol, a 3.5 &#197; structure of TcdA1, a Tc toxin complex from Photorhabdus luminescens, was derived from only 9500 single particles. This streamlined approach will help novice users without extensive processing experience and a priori structural information, to obtain noise-free and unbiased atomic models of their purified macromolecular complexes in their native state.

This paper presents a protocol for processing cryo-EM images using the software suite SPHIRE. The present protocol can be applied for nearly all single particle EM projects that target near-atomic resolution.

Análise de uma única partícula de alta resolução a partir de imagens de crio-microscopia de elétrons usando SPHIRE

SPHIRE (SPARX for High-Resolution Electron Microscopy) is a novel open-source, user-friendly software suite for the semi-automated processing of single ...

Bioquímica

Investigating Protein Sequence-structure-dynamics Relationships with Bio3D-web

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality for: (1) The identification of related protein structure sets to user specified thresholds of similarity; (2) Their multiple alignment and structure superposition; (3) Sequence and structure conservation analysis; (4) Inter-conformer relationship mapping with principal component analysis, and (5) comparison of predicted internal dynamics via ensemble normal mode analysis. This integrated functionality provides a complete online workflow for investigating sequence-structure-dynamic relationships within protein families and superfamilies.

A protocol for the online investigation of protein sequence-structure-dynamics relationships using Bio3D-web is presented.

Investigando a Seqüência de Proteínas - Estrutura-dinâmica Relacionamentos com Bio3D-web

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality ...

Atomic Scale Structural Studies of Macromolecular Assemblies by Solid-state Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Supramolecular protein assemblies play fundamental roles in biological processes ranging from host-pathogen interaction, viral infection to the propagation of neurodegenerative disorders. Such assemblies consist in multiple protein subunits organized in a non-covalent way to form large macromolecular objects that can execute a variety of cellular functions or cause detrimental consequences. Atomic insights into the assembly mechanisms and the functioning of those macromolecular assemblies remain often scarce since their inherent insolubility and non-crystallinity often drastically reduces the quality of the data obtained from most techniques used in structural biology, such as X-ray crystallography and solution Nuclear Magnetic Resonance (NMR). We here present magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy (SSNMR) as a powerful method to investigate structures of macromolecular assemblies at atomic resolution. SSNMR can reveal atomic details on the assembled complex without size and solubility limitations. The protocol presented here describes the essential steps from the production of 13C/15N isotope-labeled macromolecular protein assemblies to the acquisition of standard SSNMR spectra and their analysis and interpretation. As an example, we show the pipeline of a SSNMR structural analysis of a filamentous protein assembly.

Structures of supramolecular protein assemblies at atomic resolution are of high relevance because of their crucial roles in a variety of biological phenomena. Herein, we present a protocol to perform high-resolution structural studies on insoluble and non-crystalline macromolecular protein assemblies by magic-angle spinning solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (MAS SSNMR).

Escala atômica estudos estruturais de conjuntos macromoleculares por espectroscopia de estado sólido da ressonância magnética Nuclear

Supramolecular protein assemblies play fundamental roles in biological processes ranging from host-pathogen interaction, viral infection to the ...

Microcrystallography of Protein Crystals and In Cellulo Diffraction

The advent of high-quality microfocus beamlines at many synchrotron facilities has permitted the routine analysis of crystals smaller than 10 &#181;m in their largest dimension, which used to represent a challenge. We present two alternative workflows for the structure determination of protein microcrystals by X-ray crystallography with a particular focus on crystals grown in vivo. The microcrystals are either extracted from cells by sonication and purified by differential centrifugation, or analyzed in cellulo after cell sorting by flow cytometry of crystal-containing cells. Optionally, purified crystals or crystal-containing cells are soaked in heavy atom solutions for experimental phasing. These samples are then prepared for diffraction experiments in a similar way by application onto a micromesh support and flash cooling in liquid nitrogen. We briefly describe and compare serial diffraction experiments of isolated microcrystals and crystal-containing cells using a microfocus synchrotron beamline to produce datasets suitable for phasing, model building and refinement.
These workflows are exemplified with crystals of the Bombyx mori cypovirus 1 (BmCPV1) polyhedrin produced by infection of insect cells with a recombinant baculovirus. In this case study, in cellulo analysis is more efficient than analysis of purified crystals and yields a structure in ~8 days from expression to refinement.

Microcrystallography of Protein Crystals and In Cellulo Diffraction

A protocol is presented for X-ray crystallography using protein microcrystals. Two examples analyzing in vivo-grown microcrystals after purification or in cellulo are compared.

Microcristalografia de Cristais de Proteína e<em&gt; Em Cellulo</em&gt; Difração

The advent of high-quality microfocus beamlines at many synchrotron facilities has permitted the routine analysis of crystals smaller than 10 &#181;m in ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their components. Therefore, the arrangements in the clusters have been precisely characterized, especially for metal complexes. Contrary to this, characterizations of molecular arrangements in supramolecular clusters composed of organic molecules are limited to a few cases. This is because construction of the supramolecular clusters, especially obtaining a series of the supramolecular clusters, is difficult due to low stability of non-covalent bonds compare to covalent bonds. From this viewpoint, utilization of organic salts is one of the most useful strategies. A series of the supramolecules could be constructed by combinations of a specific organic molecule with various counter ions. Especially, primary ammonium carboxylates are suitable as typical examples of supramolecules because various kinds of carboxylic acids and primary amines are commercially available, and it is easy to change their combinations. Previously, it was demonstrated that primary ammonium triphenylacetates using various kinds of primary amines specifically construct supramolecular clusters, which are composed of four ammoniums and four triphenylacetates assembled by charge-assisted hydrogen bonds, in crystals obtained from non-polar solvents. This study demonstrates an application of the specific construction of the supramolecular clusters as a strategy to conduct systematical symmetric study for clarification of correlations between molecular arrangements in supramolecules and kinds and numbers of their components. In the same way with binary salts composed of triphenylacetates and one kind of primary ammoniums, ternary organic salts composed of triphenylacetates and two kinds of ammoniums construct the supramolecular clusters, affording a series of the supramolecular clusters with various kinds and numbers of the components.

This article describes construction of a series of hydrogen-bonding supramolecular clusters in crystals using primary ammonium triphenylacetates, which are recrystallized from non-polar solvents. This selective construction of the supramolecular clusters leads to effective systematical symmetric studies about a correlation between the supramolecular clusters and their components.

Construção e sistemática simétricas Estudos de uma série de Supramoleculares Clusters com binários ou ternários Triphenylacetates Amônio

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish between enantiomers (stereoisomers) of simple chiral species on the level of individual molecules. In this approach, a gaseous molecular jet of the sample expands into a vacuum chamber and intersects with femtosecond (fs) laser pulses. The high intensity of the pulses leads to fast multiple ionization, igniting a so-called Coulomb Explosion that produces several cationic (positively charged) fragments. An electrostatic field guides these cations onto time- and position-sensitive detectors. Similar to a time-of-flight mass spectrometer, the arrival time of each ion yields information on its mass. As a surplus, the electrostatic field is adjusted in a way that the emission direction and the kinetic energy after fragmentation lead to variations in the time-of-flight and in the impact position on the detector.
Each ion impact creates an electronic signal in the detector; this signal is treated by high-frequency electronics and recorded event by event by a computer. The registered data correspond to the impact times and positions. With these data, the energy and the emission direction of each fragment can be calculated. These values are related to structural properties of the molecule under investigation, i.e. to the bond lengths and relative positions of the atoms, allowing to determine molecule by molecule the handedness of simple chiral species and other isomeric features.

For small chiral species, Coulomb Explosion Imaging provides a new approach to determine the handedness of individual molecules.

Imagens de Explosão de Coulomb como uma Ferramenta para Distinguir Estereoisômeros

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

Utilizing Time-Resolved Protein-Induced Fluorescence Enhancement to Identify Stable Local Conformations One &#945;-Synuclein Monomer at a Time

Using spectroscopic rulers to track multiple conformations of single biomolecules and their dynamics have revolutionized the understanding of structural dynamics and its contributions to biology. While the FRET-based ruler reports on inter-dye distances in the 3-10 nm range, other spectroscopic techniques, such as protein-induced fluorescence enhancement (PIFE), report on the proximity between a dye and a protein surface in the shorter 0-3 nm range. Regardless of the method of choice, its use in measuring freely-diffusing biomolecules one at a time retrieves histograms of the experimental parameter yielding separate centrally-distributed sub-populations of biomolecules, where each sub-population represents either a single conformation that stayed unchanged within milliseconds, or multiple conformations that interconvert much faster than milliseconds, and hence an averaged-out sub-population. In single-molecule FRET, where the reported parameter in histograms is the inter-dye FRET efficiency, an intrinsically disordered protein, such as the &#945;-Synuclein monomer in buffer, was previously reported as exhibiting a single averaged-out sub-population of multiple conformations interconverting rapidly. While these past findings depend on the 3-10 nm range of the FRET-based ruler, we sought to put this protein to the test using single-molecule PIFE, where we track the fluorescence lifetime of site-specific sCy3-labeled &#945;-Synuclein proteins one at a time. Interestingly, using this shorter range spectroscopic proximity sensor, sCy3-labeled &#945;-Synuclein exhibits several lifetime sub-populations with distinctly different mean lifetimes that interconvert in 10-100 ms. These results show that while &#945;-Synuclein might be disordered globally, it nonetheless attains stable local structures. In summary, in this work we highlight the advantage of using different spectroscopic proximity sensors that track local or global structural changes one biomolecule at a time.

Time-resolved single-molecule protein-induced fluorescence enhancement is a useful fluorescence spectroscopic proximity sensor sensitive to local structural changes in proteins. Here we show it can be used to uncover stable local conformations in &#945;-Synuclein, which is otherwise known as globularly unstructured and unstable when measured using the longer range FRET ruler.

Utilizando o aprimoramento da fluorescência induzida por proteínas resolvidas pelo tempo para identificar conformações locais estáveis Um monômero α-sinucleína de cada vez

Using spectroscopic rulers to track multiple conformations of single biomolecules and their dynamics have revolutionized the understanding of structural ...

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

The computational study of the formation and growth of atmospheric aerosols requires an accurate Gibbs free energy surface, which can be obtained from gas phase electronic structure and vibrational frequency calculations. These quantities are valid for those atmospheric clusters whose geometries correspond to a minimum on their potential energy surfaces. The Gibbs free energy of the minimum energy structure can be used to predict atmospheric concentrations of the cluster under a variety of conditions such as temperature and pressure. We present a computationally inexpensive procedure built on a genetic algorithm-based configurational sampling followed by a series of increasingly accurate screening calculations. The procedure starts by generating and evolving the geometries of a large set of configurations using semi-empirical models then refines the resulting unique structures at a series of high-level ab initio levels of theory. Finally, thermodynamic corrections are computed for the resulting set of minimum-energy structures and used to compute the Gibbs free energies of formation, equilibrium constants, and atmospheric concentrations. We present the application of this procedure to the study of hydrated glycine clusters under ambient conditions.

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

The atmospheric concentrations of weakly bound molecular clusters can be computed from the thermochemical properties of low energy structures found through a multi-step configurational sampling methodology utilizing a genetic algorithm and semi-empirical and ab initio quantum chemistry.

Computação de Concentrações Atmosféricas de Aglomerados Moleculares a partir de ab initio Termoquímica

The computational study of the formation and growth of atmospheric aerosols requires an accurate Gibbs free energy surface, which can be obtained from gas ...

Molecular Orbital (MO) Theory

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes featuring the ligand 1,1&#39;-bis(diphenylphosphino)ferrocene (dppf): M(dppf)Cl2, where M = Ni or Pd. While both of these transition metal complexes are 4-coordinate, they exhibit different geometries at the metal center. Using molecular orbital (MO) theory in conjunction with 1H NMR and Evans method, we will determine the geometry of these two compounds.

Molecular Orbital MO Theory: Predicting Geometry of Transition Metal Complexes

Teoria do Orbital Molecular (TOM)

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes ...