Danske forskere opdager ny type brintbinding

Selvom du næppe spekulerer over det, er brintbindinger fuldstændig afgørende for dig.

De særlige bindinger får molekyler til at hægte sig sammen, og de findes i det vand, du drikker, i den luft du indånder og ikke mindst i den DNA, som udgør lige netop dig.

Nu har danske kemikere opdaget en ny form for brintbinding, som førhen blev anset for at være helt usandsynlig blandt de indviede på feltet.

»Opdagelsen er vigtig, fordi brintbindinger er så fundamental en del af både kemi og biologi. De danner grundlag for en masse biologiske molekyler, og det er for eksempel brintbindinger, der bestemmer, hvorfor vands kogepunkt er, som det er,« siger professor Henrik Kjærgaard fra Kemisk Institut på Københavns Universitet.

Han har stået i spidsen for den nye undersøgelse, som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift The Journal of Physical Chemistry Letters.

Professor: Det er overraskende

På Aarhus Universitet er professor Jeppe Olsen overrasket over resultatet af den nye undersøgelse, som påviser, at den usandsynlige form for brintbinding kan opstå mellem et fosfor-atom og et brint-atom.

»Man vidste ikke, at fosfor kunne binde forskellige molekyler sammen ved hjælp af brintbindinger. For mig som kemiker er det overraskende. Præcis hvad det vil betyde, ved vi ikke endnu, men brintbindinger udgør en helt fundamental del af en masse kemi,« fortæller Jeppe Olsen, som er professor i kemi, men som ikke har været en del af den nye undersøgelse.

For at forstå, hvorfor den nyopdagede forbindelse er noget særligt, skal vi lige have genopfrisket lidt lærdom fra kemitimerne.

Plus tiltrækkes af minus

I skolen har du formentlig hørt, at molekyler kan have en positiv og en negativ ladning – det kan sammenlignes med en magnet, der har en nordpol og en sydpol.

Hvis du har leget med magneter, har du med garanti bemærket, at to nordpoler frastøder hinanden, mens en nordpol og en sydpol tiltrækker hinanden.

På samme måde som magneterne vil to molekyler også helst binde sig sammen, sådan at en positiv ladning sidder sammen med en negativ ladning.

»For kemikere er det helt fundamental viden, at plus tiltrækkes af minus, og minus tiltrækkes af plus, når det gælder brintbindinger,« forklarer Henrik Kjærgaard.

Kan plus virkelig tiltrækkes af plus?

Det særlige ved den nye opdagelse er, at brintbindingen i dette tilfælde ikke følger den grundlæggende regel – her opstår bindingen pludselig mellem et positivt ladet fosfor-atom og et positivt ladet brint-atom.

»Man skulle tro, at de ikke ville kunne lide at binde sig til hinanden, når fosforatomet og brintatomet begge er positivt ladede. Men vi har altså kunnet påvise, at der opstår en brintbinding imellem dem, og vi kan måle, at bindingen er lige så stærk som mange andre brintbindinger, vi kender,« fortæller Henrik Kjærgaard.

Netop det faktum, at det er to positivt ladede atomer, som hægter sig sammen ved hjælp af en brintbinding, synes professor i kemi Jeppe Olsen er interessant.

»Man har længe haft denne her forståelse af, at brintbindinger opstår i molekyler, hvor der sidder et positivt ladet brintatom, som kan sætte sig sammen med et negativt ladet atom fra et andet molekyle. Derfor er det umiddelbart overraskende, at der optræder brintbindinger mellem brint og fosfor,« siger Jeppe Olsen.

Her er forklaringen på den mystiske brintbinding

Jeppe Olsen påpeger, at Henrik Kjærgaard og hans kolleger ikke bare finder den nye brintbinding i eksperimenter – forskerne giver også »en rigtig fin teoretisk forklaring« på opdagelsen.

Teorien bag opdagelsen er, at atomers ladning ikke fordeler sig ensartet rundt om dem – sådan som forsimplede modeller ellers siger, at ladningen gør.

»Vores opdagelse understreger, at ladningen rundt om et atom ikke er ensartet. Hvis der var en positiv ladning hele vejen rundt om fosforatomet, ville det ikke kunne lave denne her brintbinding. Men det gør den. Det må betyde, at ladningen ikke er ligeligt fordelt rundt om atomet – man kan sige, at der er små lommer af negativ ladning rundt om fosforatomet,« forklarer Henrik Kjærgaard.

Han fortæller, at opdagelsen af de særlige brintbindinger er gjort i eksperimenter med infrarød spektroskopi – en metode, hvor forskerne får viden om molekylerne og deres vibrationer ved at bestråle dem med infrarødt lys.

Undersøgelserne har Henrik Kjærgaard lavet i samarbejde med sine to kolleger, ph.d.-studerende Anne Schou Hansen og postdoc Lin Du.

»Det har været sjovt at finde en ny brintbinding og har været en god oplevelse med det positive feedback, som det har skabt,« fortæller Anne Schou Hansen fra Kemisk Institut på Københavns Universitet.

Hvad kan vi bruge det til?

Men hvad kan vi så bruge opdagelsen af den nye form for brintbinding til?

Ifølge Henrik Kjærgaard er opdagelsen vigtig for vores forståelse af, hvordan molekyler opfører sig og binder sig til hinanden – det er med andre ord en ny form for brintbinding, som kemikerne fremover kan kigge efter.

Brintbindinger sørger blandt andet for, at vores arvemasse – i form af DNA-strenge – får deres særlige snoede form, ligesom bindingerne kan være med til at bestemme, hvordan kroppens vigtige proteiner folder sig sammen.

»Hvis vi for eksempel vil lave modeller over, hvordan proteiner folder sig sammen, er det vigtigt at kende, hvilke brintbindinger der findes – ellers kan vi ikke få computermodellerne til at være helt korrekte. Man kan for eksempel bruge den slags computermodeller, hvis man vil teste, hvordan kroppen reagerer på nye former for medicin,« forklarer Henrik Kjærgaard.

På Aarhus Universitet mener professor Jeppe Olsen også, at den nye opdagelse måske kan få betydning for vores forståelse af, hvordan fosfor indgår i vores atmosfære og forskellige kredsløb i naturen.

»Vi mangler en ordentlig forståelse af, hvordan fosfor indgår i kredsløb i naturen. Det kan måske blive en ny brik i vores forståelse af atmosfæren,« slutter han.