Doğada, aynı kimyasal bileşime sahip bazı moleküller, ellerimize benzer şekilde, birbirlerinin ayna görüntüsünü yansıtan iki farklı şekilde bulunabilir. Bu özelliğe “kiralite” denir ve farklı kiraliteye* sahip moleküller enantiyomer olarak adlandırılır. Enantiyomerler, tamamen farklı kimyasal veya biyolojik özellikler gösterebilir ve bunları ayırmak, ilaç geliştirmede ve tıpta oldukça önemlidir.
Enantiyomerlerin tespitinde yaygın olarak kullanılan yöntem dairesel dikroizm (CD) spektroskopisidir: Dairesel bir dalgaya (bir anafor gibi) polarize edilmiş ışığın, solak ve sağlak enantiyomerler tarafından farklı şekilde absorbe edilmesinden yararlanır. Sabit durumlu CD spektroskopisi biyo-kimyasal analizde önemli bir yapısal araçtır.
İşlevleri sırasında, biyomoleküller kiral özelliklerini etkileyen yapısal değişikliklere uğrarlar. Bunları gerçek zamanlı olarak (yani 1 pikosaniye ile 1 nanosaniye arasında) test etmek biyolojik fonksiyonlarının bir görüntüsünü sağlar, ancak bu amino asitler gibi biyolojik olarak ilgili moleküllerin çoğunun bulunduğu, derin UV spektrumunda (300 nm’nin altındaki dalga boylarında) zordur. DNA ve peptid helisleri ışığı emer.
Sınırlamalar, yeterli miktarda darbeli ışık kaynağı ve hassas tespit şeması olmamasından kaynaklanmaktadır. Fakat şimdi, Ultrafast Bilim Lozan Merkezi’ndeki Majed Chergui grubu (EPFL), biyo-moleküllerin, 0,5 pikosaniyelik bir çözünürlükte CD spektroskopisi ile görselleştirilmesine izin veren bir kurulum geliştirdi.
Kurulumda ışığın polarizasyonunu kontrol edebilen optik bir cihaz olan fotoelastik bir modülatör kullanılır. Bu sistemde, modülatör; derin UV aralığında (250-370 nm) bir 20 kHz femtosaniye darbe dizisinin atış polarizasyonuna izin verir. Daha sonra, kısa bir lazer darbesiyle uyarıldıktan sonra değişken zaman gecikmelerinde moleküllerin kiralitesindeki değişiklikleri kaydetmek mümkündür.
Malte Oppermann: “Amino asit kalıntıları ve DNA bazları, 300 nm’nin altındaki ışığı emer. Bu kurulum, bu bölgeyi kapsayan ilk bölgedir. Onu; model bir moleküler sistemde başarıyla test ettik. Bir sonraki hedefimiz DNA oligomerleri gibi daha büyük biyosistemlere geçmek.”
*Kiral terimi, kendisinin rotasyonla elde edilemeyen bir ayna görüntüsünü oluşturabilen veya bu ayna görüntüsüne sahip olan cisimleri, özellikle molekülleri tanımlamak için kullanılır. Kimyada bu moleküllere enantiyomer veya enantiyomerizm veya kiralite özelliği gösterir denir.