MOLECULAR IMAGE WITH ATTOSECOND RESOLUTION GENERATED BY SELF-DIFRACTION OF ELECTRONIC WAVE PACETES (Q3207355)
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Project Q3207355 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | MOLECULAR IMAGE WITH ATTOSECOND RESOLUTION GENERATED BY SELF-DIFRACTION OF ELECTRONIC WAVE PACETES |
Project Q3207355 in Spain |
Statements
114,950.0 Euro
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229,900.0 Euro
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50.0 percent
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1 January 2018
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31 December 2020
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INSTITUTO DE CIENCIAS FOTONICAS
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41°17'9.96"N, 1°58'56.71"E
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08056
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¿COMO LOS ENLACES QUIMICOS SE ROMPEN O SE FORMAN? ¿COMO LOS ATOMOS SE REORGANIZAN EN UNA MOLECULA PARA ALCANZAR SU FORMA ISOMERICA? EL TENER ACCESO AL CAMBIO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA MATERIA EN TIEMPO REAL DURANTE UNA REACCION QUIMICA O UN PROCESO BIOLOGICO ES ESENCIAL PARA RESPONDER ESTAS PREGUNTAS Y ENTENDER SU FUNCION. AUNQUE MUCHAS TRANSFORMACIONES ESTRUCTURALES, COMO POR EJEMPLO EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS, SE DESARROLLAN EN TIEMPOS RELATIVAMENTE LARGOS, ESTAS SON ORIGINADAS POR EXCITACIONES ELECTRONICAS QUE OCURREN EN LA ESCALA DEL ATTOSEGUNDO, E INCLUSO A ESCALAS ¿MAS LENTAS¿ DE POCOS FEMTOSEGUNDOS CUANDO UNO TIENE EN CUENTA CAMBIOS ATOMICOS EN DISTANCIAS PICOMETRICAS. ES REALMENTE DIFICIL CAPTURAR TAL RAPIDA DINAMICA, PERO HOY EN DIA ESTA CONSENSUADO QUE SE REQUIERE DICHA CAPACIDAD PARA ENTENDER EVENTUALMENTE LAS FUNCIONES RELACIONADAS CON LOS CAMBIOS ESTRUCTURALES. EN 2016, EN NUESTRO GRUPO CONSEGUIMOS ALCANZAR UN VERDADERO HITO EN ESTA LINEA, CONSEGUIMOS CAPTURAR IMAGENES EN TIEMPO REAL DE COMO UN ENLACE MOLECULAR SE ROMPIA Y UN PROTON SE ALEJABA DE LA MOLECULA ORIGINAL. EL METODO QUE UTILIZAMOS SE CONOCE COMO ¿LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED)¿, Y MOSTRAMOS QUE ESTE METODO CUMPLE TANTO CON LA NECESARIA RESOLUCION ESPACIAL (PICOMETRO) COMO CON LA RESOLUCION TEMPORAL (ATTOSEGUNDO). SIN EMBARGO, SE REQUIERE MAS ESFUERZO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO PARA TENER UN METODO QUE PROPORCIONE PELICULAS COMPLETAS DE LA REORGANIZACION DE LOS ATOMOS EN MOLECULAS DURANTE UNA REACCION QUIMICA. MOTIVADO POR NUESTROS RESULTADOS, PROPONGO DESARROLLAR UNA NUEVA Y EXCITANTE AREA DE INVESTIGACION CIENTIFICA DANDO UN PASO ADELANTE Y ESTUDIAR TANTO CONFORMACIONES EN MOLECULAS PEQUEÑAS COMO DE COMPLEJOS AMINOACIDOS DE RELEVANCIA BIOLOGICA PARA EL PLEGAMIENTO DE PROTEINAS QUE CONLLEVAN MUTAGENESIS. MI PLAN DE INVESTIGACION ESTABLECERA UN METODO DE PARA HACER IMAGENES A TIEMPO REAL, QUE TIENE UN GRAN POTENCIAL PARA CRECER Y DESARROLLARSE EN UN CAMPO NUEVO DE INVESTIGACION CON IMPACTO EN FISICA, QUIMICA, Y BIOLOGIA. (Spanish)
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HOW DOES A CHEMICAL BOND BREAK OR FORM? HOW DO ATOMS MOVE TO CHANGE A MOLECULE¿S ISOMERIC FORM? THE ABILITY FOR TIME-RESOLVING STRUCTURAL CHANGES OF MATTER DURING A CHEMICAL REACTION, OR A BIOLOGICAL PROCESS, IS THE BASIC REQUIREMENT FOR ANSWERING SUCH QUESTIONS AND TO REVEAL THEIR FUNCTION. EVEN THOUGH MANY STRUCTURAL TRANSFORMATIONS, E.G. PROTEIN FOLDING, DEVELOP ON A LONG TIMESCALE, THEY ARE TRIGGERED BY ATTOSECOND SCALE ELECTRONIC EXCITATIONS AND SLIGHTLY SLOWER (FEW-FEMTOSECOND) NUCLEAR REARRANGEMENTS AT PICOMETER DISTANCES. IT IS A SUPERB CHALLENGE TO CAPTURE SUCH DYNAMICS, BUT IT IS NOWADAYS ACCEPTED THAT SUCH CAPABILITY IS REQUIRED TO EVENTUALLY UNDERSTAND THE FUNCTION RELATED WITH THESE STRUCTURAL TRANSFORMATIONS. IN 2016, WE HAVE ACHIEVED A BREAKTHORUGH IN THIS QUEST SINCE WE COULD CAPTURE THE FIRST TIME-SPACE SNAPSHOTS OF HOW A MOLECULAR BOND BREAKS AND A PROTON DEPARTS. THE METHOD WE HAD EMPLOYED IS LASER-INDUCED ELECTRON SELF-DIFFRACTION (LIED) WE HAD SOWN TO PROVIDE THE REQUIRED COMBINED PICOMETER SPATIAL AND ATTOSECOND TEMPORAL RESOLUTION. NEVERTHELESS, FURTHER DEVELOPMENTS ARE REQUIRED BEFORE WE CAN HAVE FULL MOVIES OF THE CONCERTED REARRANGEMENT OF THE ATOMS OF MOLECULES DURING A CHEMICAL REACTION. EBCOURAGED BY OUR ACHIEVEMENTS, I PROPOSE TO DEVELOP THIS EXCITING NEW AREA OF SCIENCE FURTHER TO A LEVEL WHERE WE CAN INVESTIGATE CONFORMAL CHANGES OF SMALL MOLECULES AND MORE COMPLEX BIO-RELEVANT AMINO ACIDS RESPONSIBLE FOR PROTEIN FOLDING LEADING TO MUTAGENESIS. MY RESEARCH PROGRAM WILL ESTABLISH TIME-RESOLVED ATOMIC IMAGING, WHICH HAS TREMENDOUS POTENTIAL TO GROW INTO ITS OWN NEW FIELD OF RESEARCH WITH IMPACT ACROSS PHYSICS, CHEMISTRY AND BIOLOGY. (English)
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COMMENT LES LIAISONS CHIMIQUES SE BRISENT-ELLES OU SE FORMENT-ELLES? COMMENT LES ATOMES SE RÉORGANISENT-ILS EN MOLECULA POUR ATTEINDRE SA FORME ISOMÉRIQUE? IL EST ESSENTIEL D’AVOIR ACCÈS AU CHANGEMENT DES STRUCTURES DE LA MATIÈRE EN TEMPS RÉEL AU COURS D’UNE RÉACTION CHIMIQUE OU D’UN PROCESSUS BIOLOGIQUE POUR RÉPONDRE À CES QUESTIONS ET COMPRENDRE LEUR FONCTION. BIEN QUE DE NOMBREUSES TRANSFORMATIONS STRUCTURELLES, COMME LE PLIAGE DES PROTÉINES, SE DÉVELOPPENT DANS DES PÉRIODES RELATIVEMENT LONGUES, ELLES SONT ISSUES D’EXCITATIONS ÉLECTRONIQUES QUI SE PRODUISENT À L’ÉCHELLE DE L’ATTOSECONDE, ET MÊME À DES ÉCHELLES PLUS LENTES DE QUELQUES FEMTOSECONDES LORSQUE L’ON TIENT COMPTE DES CHANGEMENTS ATOMIQUES DES DISTANCES PYCOMETRIC. IL EST VRAIMENT DIFFICILE DE CAPTURER CETTE DYNAMIQUE RAPIDE, MAIS AUJOURD’HUI, IL EST CONSENSUEL QU’UNE TELLE CAPACITÉ SOIT NÉCESSAIRE POUR FINALEMENT COMPRENDRE LES FONCTIONS LIÉES AUX CHANGEMENTS STRUCTURELS. EN 2016, DANS NOTRE GROUPE, NOUS SOMMES PARVENUS À ATTEINDRE UN VÉRITABLE JALON DANS CETTE LIGNE, NOUS AVONS RÉUSSI À CAPTURER DES IMAGES EN TEMPS RÉEL DE LA RUPTURE D’UNE LIAISON MOLÉCULAIRE ET DU RETRAIT D’UN PROTON DE LA MOLECULA ORIGINALE. LA MÉTHODE QUE NOUS UTILISONS EST CONNUE SOUS LE NOM D’AUTODIFFRACTION D’ÉLECTRONS INDUITES PAR LE LASER (LIED), ET NOUS MONTRONS QUE CETTE MÉTHODE RÉPOND À LA FOIS À LA RÉSOLUTION SPATIALE NÉCESSAIRE (PICOMÈTRE) ET À LA RÉSOLUTION TEMPORELLE (ATTOSECONDE). CEPENDANT, PLUS D’EFFORTS DE RECHERCHE ET DE DÉVELOPPEMENT SONT NÉCESSAIRES POUR DISPOSER D’UNE MÉTHODE QUI ASSURE UNE RÉORGANISATION COMPLÈTE DES ATOMES DANS LES MOLÉCULES LORS D’UNE RÉACTION CHIMIQUE. MOTIVÉE PAR NOS RÉSULTATS, JE PROPOSE DE DÉVELOPPER UN NOUVEAU DOMAINE PASSIONNANT DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE EN FAISANT UN PAS EN AVANT ET EN ÉTUDIANT À LA FOIS LES PETITES MOLÉCULES ET LES COMPLEXES D’ACIDES AMINÉS D’IMPORTANCE BIOLOGIQUE POUR LE PLIAGE DES PROTÉINES QUI IMPLIQUENT LA MUTAGÉNÈSE. MON PLAN DE RECHERCHE ÉTABLIRA UNE MÉTHODE DE RÉALISATION D’IMAGES EN TEMPS RÉEL, QUI A UN GRAND POTENTIEL DE CROISSANCE ET DE DÉVELOPPEMENT DANS UN NOUVEAU DOMAINE DE RECHERCHE AYANT UN IMPACT SUR LA PHYSIQUE, LA CHIMIE ET LA BIOLOGIE. (French)
5 December 2021
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Castelldefels
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Identifiers
FIS2017-89536-P
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