De Verhoudingen van de Activiteit van de Bouw: Waarom Veranderen de Molecules van vorm?

Dr. Gerry Ronan, CEO, Farfield Group Ltd.
Overeenkomstige auteur: gronan@farfield-group.com

Achtergrond

De Biochemie wordt gekenmerkt door zwak, niet covalent, plakt tussen grote biopolymeren die onophoudelijk worden gemaakt en bij variërende reactiesterke punten gebroken. De interactiekrachten, door van der Waal's type krachten worden getypeerd kunnen door de interactieafstand aan de macht van 6 variëren en daarom drijft de capaciteit van één molecule „te passen of“ met de vorm van vouwen of een zak op een andere in overeenstemming te zijn de reactie die.

Omgekeerd, kan een het binden partner de bouw van een biomolecule (b.v. een proteïne) vervormen om of een potentiële biochemische activiteit toe te laten onbruikbaar te maken die daardoor de reactie regelen. Dit is namelijk het basisgebouw achter farmaceutische interventie waar de kleine molecules voor hun capaciteit selectief om op elkaar in te werken en de bouw van een doelproteïne ontworpen worden te vervormen die bij een ziektemechanisme wordt betrokken.

Interferometry van de dubbel-polarisatie (DPI) meet de bouw van een proteïne door zijn diameter (of grootte) en de dichtheid (d.w.z., zijn massa per eenheidsvolume of hoe strak gevouwen het) is te meten door de proteïne te koppelen aan een glasplaatje en te sonderen gebruikend niet diffractive optica. De methode lost eiwitbouw aan subatomaire afmetingen (goed onder 0.1 Å) in echt op - tijd en heeft een groeiende goedkeuring onder onderzoekers op het gebied van eiwitkarakterisering, een essentiële discipline in de wetenschap van proteomics.

In Farfield, heeft ons werk tijdens het afgelopen decennium rond de directe meting van de vorm of bouw van biomoleculen gedraaid en hoe dit verandert aangezien de biomoleculen functioneren. Deze capaciteit wordt om de Verhouding van de Activiteit van de Bouw te controleren (CAR) in een benchtop analytisch die hulpmiddel vertoond als een Dubbele Interferometer van de Polarisatie wordt bekend1 die de moleculaire grootte en vouwen dichtheids (en daarom massa) van op elkaar inwerkende die biomoleculen op een glasplaatje worden gevangen meet. De techniek heeft picometerresolutie, is echt - vrije tijd en etiket en heeft reeds een het groeien userbase wereldwijd over 19 landen.

Het Belang van de Verhoudingen van de Activiteit van de Bouw (CAR)

Bijvoorbeeld in farmaceutisch ontwerp, een conventioneel drugonderzoeksprogramma selecteert kandidaten van een bibliotheek van vele duizend als niet miljoenen op basis van hun capaciteit zal om zich selectief aan het eiwitdoel (zoals betrokken die bij het ziektemechanisme) te houden, als affiniteit van de interactie wordt bedoeld. Een hoge affiniteitinteractie kan bij zeer lage concentraties van de kandidaat voorkomen en daarom zal de kandidaat minder waarschijnlijk bijwerkingen elders veroorzaken. Nochtans, geeft de hoge affiniteit geen verzekering dat de kandidaat de correct of bij biomolecule allen in overeenstemming is. Niet het zou beter zijn om een lagere affiniteitmolecule, die veroorzaken de correcte bouw voor de gewenste te hebben activiteit die dan kon worden geoptimaliseerd (door moleculaire techniek) om zijn affiniteit te verbeteren?

Een eenvoudig voorbeeld wordt getoond hieronder waar een doelproteïne (prion proteïne zoals die bij nvCJD wordt betrokken) door verschillende concentraties van een aantal metaalionen wordt uitgedaagd. Van de massa van metaalion bijbehorend bij elke concentratie kunnen de affiniteit (en de stoichiometrie) worden gemeten. Nochtans van de grootte en dichtheidsprofielen kan men onmiddellijk zien dat het kobalt niet de molecule vervormt terwijl het zink, dat een gelijkaardige affiniteit heeft, doet.

Voorts keert de conformational verandering duidelijk in het geval van koper (het samenpersen als daling van de grootte van de proteïne en verhoging van zijn dichtheid wordt getoond) niet volledig om (d.w.z. heeft het in een verschillende stabiele bouw of isoform weggeknipt) terwijl de conformational verandering met zink dat volledig omkeert. Drie verschillende Verhoudingen van de Activiteit van de Bouw van drie interactie met gelijkaardige affiniteit.

Figuur 1. Voorbeelden van de verschillende Verhoudingen van de Activiteit van de Bouw voor gelijkaardige affiniteit bindende interactie van metaalionen die aan prion proteïne (PrP) binden. Getoond wordt de massa van vereniging en scheiding van verschillende metaalionen bij verschillende concentraties (waarvanaf de interactieaffiniteit kan worden berekend) en de overeenkomstige grootte en dichtheidsprofielen (waarvan de conformational veranderingen kunnen worden gemeten). De maximum conformational verandering (Cu) is 0.04nm en elke uitdaging was een minieme injectie 5. (De hoffelijkheid van Gegevens van Universteit van Gifu, Japan)

Conformational Veranderingen in Dunne Films

De Zachte kwestie (b.v. polymeren) is ook onderworpen aan gelijkaardige vervormingen en vaak is het deze buigzame aard die de het bepalen eigenschap bij nanoscale is. Dubbele Interferometry van de Polarisatie (DPI) kan ook deze veranderingen in polymeren kenmerken, is meten van zowel de filmdikte als r.i en overeenkomst met andere analytische technieken zoals neutronenbezinning en ellipsometry2 uitstekend zoals hieronder getoond in Figuur 2. In Tegenstelling Tot ellipsometry, echter, zal DPI de dikte en RI onafhankelijk van elkaar bij willekeurig dunne lagen bepalen en in tegenstelling tot neutronengegevens, zal het dit in echt - tijd in een benchtopformaat met zowel experimenteel als besturingskanalen doen.

Figuur 2. Vergelijking van de metingen van DPI en van ellipsometery van een polyelectrolyte multilayer concept. Bij dikke lagenovereenkomst voor dikte (d) en r.i. (n) is uitstekend. Bij verminderde ellipsometry dikten vereist de kennis van RI (of dikte) om de dikte (of RI) te berekenen terwijl DPI kan willekeurig dunne lagen meten die de schommeling in dichtheid verbonden aan afwisselende positief openbaren en negatief - het geladen lagen deponeren. (De hoffelijkheid van Gegevens van YKI, Stockholm)

Veel andere voorbeelden van dergelijke zelf geassembleerde concepten zijn bestudeerde bijvoorbeeld multilayers, de Chitosan3/de heparine, en4polyelectrolytes van DNA geweest5,6.

Natuurlijk zijn er vele soorten conformational reorganisatie van belang die geen bindende gebeurtenis impliceren. Zwellen van het Polymeer wegens veranderende pH is één dergelijk proces dat snel en gemakkelijk opnieuw bij een resolutie kan worden gekenmerkt normaal verbonden aan „grote fysica“. Een eenvoudig voorbeeld wordt getoond in Figuur 3 waar een oppervlakte dunne film van poly (allylamine) wordt bestudeerd over een waaier van pH ving. Bij lage pH, veroorzaakt protonation van het polymeer de laag om te zwellen terwijl bij hoge pH de laag en de dichtheidsverhogingen aangaat.

Figuur 3. Zwellen van het Polymeer wegens protonation zoals die door Dubbele Interferometry van de Polarisatie wordt gemeten

Deze metingen kunnen ook tot biopolymeren worden uitgebreid waar de overgangen van één isoform naar een ander en ook isoform stabiliteit in een matrijs van verschillende temperaturen, pH, Ionische sterke punten, oplosmiddelen of andere milieu of refolding voorwaarden kunnen worden gekenmerkt.

De Toekomst van Dubbele Interferometry van de Polarisatie

Sinds zijn inleiding in 20037, Dubbele is Interferometry van de Polarisatie goedgekeurd door een brede waaier van onderzoekers rond de wereld in zowel het leven als fysieke wetenschappen. Zijn capaciteit heeft om geleid moleculaire bouw te meten en te kenmerken bij sub atoomresolutie fundamenteel tot nieuwe kansen voor nano en biowetenschapsonderzoek. De recentste generatie van instrumentatie, het 4D BioWerkstation is geschikt voor een uitgebreide temperatuur aan 65°C die de meting van eiwitsmelting en andere moleculaire faseovergangen toestaat.

Door de kinetica en de affiniteit van interactie bij verschillende temperaturen te kenmerken is het ook mogelijk om de vrije energie, de enthalpie en de entropie van niet alleen het binden maar ook conformational veranderingen te kwantificeren8. Dit staat voor het eerst de directe meting van affiniteit, kinetica, thermodynamica en conformational verandering van het binden of eenvoudig het refolding in één enkel experiment toe.

Figuur 4. Een Dubbele Interferometer van de Polarisatie benchtop voorziet met geautomatiseerde steekproefinleiding van instrumenten.

In de toekomstige hogere productie en de kleinere steekproef zullen de volumes voor onderzoekstoepassingen worden vereist maar er zijn veel andere niveaus van spectroscopische informatie die ook extracted.from kan zijn het 4D BioWerkstation. De Meting van nucleation van het zeer vroeg stadium eiwitkristal is9 reeds aangetoond gebruikend optisch verlies terwijl de dubbele breking nu wordt gebruikt om orde en wanorde in lipidebilayers te meten om10 eiwitlipideinteractie te kenmerken. 11Onze visie voor het volgende decennium moet de trouw van karakterisering in deze afmetingen eveneens verbeteren om de moleculaire wereld echt te verlichten!


Verwijzingen

1. Swann M.J., Freeman N.J, Cross G. Dual Polarization Interferometry: Echt - tijd Optische Techniek om (Bio) Moleculaire Richtlijn, Structuur en Functie bij de Stevige/Vloeibare Interface Te Meten. In: Handboek van Biosensors en Biochips, 2 Reeks van het Volume (2007). Eds: R.S. Marks, C.R. Lowe, D.C. Cullen, H.H. Weetall, I. Karube. Wiley, ISBN: 978-0-470-01905-4, Vol1, deel 4, ch33, pp549-568.
2. Halthur T., Claessen P., Elofsson U., Immobilisatie van de Proteïne van Derivate van de Matrijs van het Email op Polypeptide Multilayers die, Vergelijkende Metingen in situ Ellipsometry, Microbalance van het Kristal van het Kwarts met Dissipatie, en Interferometry van de dubbel-Polarisatie Gebruiken. Langmuir (2006) 22(26) 11065-71.
3. Lee L., Johnston A.P., Caruso F., Manipulerend de zoute en thermische stabiliteit van multilayer films van DNA via oligonucleotide lengte. Van Biomacromolecules (2008) Nov. 9(11): 3070-8. Van Epub 2008 1 Oct.
4. Lundin M., Blomberg E., Tilton R.D., de Dynamica van het Polymeer in laag-door-Laag Assemblage van Chitosan en Heparine, Langmuir, Artikelen ZO VLUG MOGELIJK, de Datum van de Publicatie (Web): 18 November, (2009) (Artikel) DOI: 10.1021/la902968h.
5. Aulin C., Varga I., Claesson P.M., Wågberg L., Lindström T., Opbouw van polyelectrolyte multilayers van polyethyleneimine en microfibrillated cellulose door dubbel-polarisatieinterferometry in situ en microbalance van het kwartskristal met dissipatie wordt bestudeerd die. Langmuir, (2008) Brengt 18 in de war; 24(6): 2509-18. Van Epub (2008) 16 Februari.
6. Steeg T.J., FletcherW. R., Gormally, M.V., Johal M.S., Interferometry van de Polarisatie van de dubbel-Straal Lost Mechanistische Aspecten van Polyelectrolyte Adsorptie op. Langmuir, (2008) ZO VLUG MOGELIJK Artikel, de Datum van de Versie van het Web: 10 September, (2008).
7. Swann M.J., Freeman N.J., Carrington S., Ronan G., Barrett P., Kwantificerend Structurele Veranderingen en de Stoichiometrie van EiwitInteractie die het Profileren van de Grootte en van de Dichtheid Gebruiken. Brieven in Peptide Wetenschap (2003) 10 487-494.
8. Gebruikend de van'tvergelijkingen Hoff en Eyring.
9. Boudjemline A., Clarke D.T., Freeman N.J., Nicholson J.M., Jones G.R., Vroege stadia van eiwitkristallisatie zoals die door nieuwe optische golfgeleidertechnologie J. worden geopenbaard Appl. Cryst. (2008). 41, 523-530. doi: 10.1107/S0021889808005098.
10. Mashaghi A., Swann M., Popplewell J., Textor M., Reimhult E., Optische anisotropie van gesteunde die lipidestructuren door de golfgeleiderspectroscopie en zijn toepassing worden gesondeerd om van de gesteunde kinetica van de lipide bilayer vorming te bestuderen, Anaal. Chem., 80 (10), 3666-3676, (2008). PMID: 18517221 de Datum van de Versie van het Web: 19, April. (2008); (Artikel) DOI: 10.1021/ac800027s.
11. Sanghera N., Swann M.J., Ronan G., Pinheiro T.J., Inzicht in vroege gebeurtenissen in de samenvoeging van de prion proteïne op lipidemembranen, Handelingen Biochimica et Biophysica (BBA) - Biomembranes, Volume 1788, Kwestie 10, Oktober (2009), Pagina's 2245-2251.

Copyright AZoNano.com, Dr. Gerry Ronan (Farfield Groep)

Date Added: Feb 14, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit