相应一致活动关系: 分子为什么改变形状?

格里罗南, CEO,远端场组有限公司博士
对应的作者: gronan@farfield-group.com

背景

生化描绘的是为弱,非共价,在不断地做并且被中断在变化的回应力量的大生物聚合物之间的债券。 交往强制,代表由 van der Waal 的类型强制可能由交往距离变化到功率的 6 并且一个分子的能力对 ‘适合了’或依照折叠的形状或在别的矿穴驱动这种回应。

相反地,一个约束合作伙伴能误解原生质 (即蛋白质) 的相应一致启用或禁用从而调控这种回应的一个潜在的生物化学的活动。 的确,这是在小的分子设计为了他们的能力能选择性地配合和误解在疾病结构牵连的目标蛋白质相应一致的配药干预后的基本的前提。

双重极化干涉测量法 (DPI)通过评定其直径 (或范围) 和这个密度评定蛋白质的相应一致 (即,其质量每个单位体积或多么紧密地折叠它是) 通过耦合蛋白质对一个载玻片和探查使用非绕射的光学。 这个方法在 proteomics 科学解决蛋白质相应一致对亚原子的维数 (低于 0.1 Å) 在实时并且有在研究员中的生长接受在蛋白质描述特性,一个重要学科领域。

远端场,我们的工作在过去十年中围绕形状的原生质的直接测量或相应一致,并且这如何更改,当原生质发挥作用。 此能力监控相应一致活动关系 (CAR)在是公认的评定分子范围和折叠密度的一台1双重极化干涉仪 benchtop 分析工具表明 (并且请集合在一个载玻片获取的) 配合的原生质。 这个技术有微微米解决方法,实时并且任意标记和已经有在全世界 19 个的国家(地区) 间的一生长 userbase。

相应一致活动关系的重要性 (CAR)

例如在配药设计,一个常规药物检查程序意志选择候选人从图书馆好几一千,如果不是百万根据他们的能力选择性地坚持蛋白质目标 (如被牵连在疾病结构),指交往的亲合力。 高亲合力交往可能发生以非常这名候选人的低浓度并且这名候选人是不太可能在别处导致副作用。然而,高亲合力不产生保证这名候选人符合原生质正确地或。 不最好的有一个更低的亲合力分子,导致可能然后被优选的期望活动的正确的相应一致 (由分子工程) 提高其亲合力?

一个简单例子如下所示目标蛋白质 (朊毒体蛋白质如被牵连在 nvCJD) 的地方由一定数量的金属离子的不同的浓度挑战。 从金属离子质量被关联以每浓度亲合力 (和化学计量学) 可以被评定。 然而从范围和密度配置文件一能立即看到钴不误解这个分子,当锌时,有相似的亲合力,执行。

此外,构象的更改明显一旦铜 (作为在蛋白质的范围的减少和在其密度的一个增量显示的击实) 不充分地撤消 (即它翻转了到一不同的稳定的相应一致或 isoform),而与锌的构象的更改充分地撤消。 从三交往的三个不同相应一致活动关系与相似的亲合力。

图 1。 不同的相应一致活动关系的示例相似的金属的离子的亲合力约束交往的束缚对朊毒体蛋白质 (PrP)。 显示不同的金属离子的关联和离解质量以不同的浓度 (从哪些交往亲合力可以被计算) 和对应的范围和密度配置文件 (从哪些构象的更改可以被计量)。 最大构象的更改 (Cu)是 0.04nm,并且每个挑战是 5 周详射入。 (岐阜大学,日本的数据礼貌)

在薄膜上的构象的变化

软的问题 (即聚合物) 也是受相似的畸变支配和经常它 是这个定义的功能在 nanoscale 的此展性的本质。 双重极化干涉测量法 (DPI)也能够分析在聚合物上的这些变化,评定胶片厚度,并且 R.i. 和协议与其他分析技术例如中子反映和 ellipsometry 是2非常好的如下所示在表 2。 不同于 ellipsometry,然而, DPI 将确定这个厚度,并且独立彼此的 RI 在任意地薄层和不同于中子数据,它将执行此在实时以与实验和控制通道的一个 benchtop 格式。

图 2. DPI 比较和高分子电解质多层构建的 ellipsometery 评定。 在厚度 (d) 和 R.i. 的厚实的层协议 (n) 是非常好的。 在 ellipsometry 减少的厚度要求 RI (或厚度的) 知识为了计算这个厚度 (或 RI),当 DPI 可能任意地评定显示在密度的薄层动摆与备选正和带负电荷层存款交往时。 (数据礼貌 YKI,斯德哥尔摩)

许多其他示例的这样自被装配的构建是被学习的例如脱氧核糖核酸 multilayers3、脱乙酰壳多糖/肝素4和高分子电解质5,6

当然有不介入一个约束活动构象的重新组织的许多类型利益。 聚合物胀大由于更改酸碱度是可能迅速和容易地再被分析在解决方法通常与 ‘大物理相关’的一个这样进程。 一个简单例子在表 3 显示表面被获取的薄膜多 (allylamine) 的地方在命中率间的范围被学习。 在低酸度值,这个聚合物的 protonation 造成层胀大,当在高酸度值层合同和密度增量时。

图 3. 聚合物胀大由于 protonation 如评定由双重极化干涉测量法

这些评定可能也延伸到从一 isoform 的转移到另一个并且 isoform 稳定性在不同的温度、命中率、离子强度、溶剂或者其他环境或 refolding 的情况矩阵可以被分析的生物聚合物。

远期双重极化干涉测量法

在 2003年从其简介7,双重极化干涉测量法由各种各样的研究员采用环球寿命和物理学的。 其能力评定和分析分子相应一致在子基本解决方法创建了基本上纳诺和生物科学研究的新的机会。 手段的最新的生成, 4D 生物工作区有能力在一个延长的温度上对允许蛋白质融解和其他分子相变的评定的 65°C。

通过分析交往的动能学和亲合力在不同的温度的定量热力势、焓和熵不仅束缚,而且构象的更改也是可能的8。 这第一次允许亲合力、动能学、热力学和束缚或 refolding 的构象的变化的直接测量在一个唯一实验上。

图 4。 有自动化的范例简介的一台双重极化干涉仪 benchtop 仪器。

将来更高的处理量和更小的范例数量对于筛选应用是必需的,但是有可能也是 extracted.from 4D 生物工作区分光镜信息的许多其他级别。 二次光折射现在用于评定命令9 和紊乱在油脂 bilayers 分析蛋白质油脂交往,非常早期蛋白质水晶生核的评定已经10 被展示了使用光学损失。 11我们的下十年的远见是提高描述特性的保真度在这些维数的正确地照亮这个分子世界!


参考

1. Swann M.J.,弗里曼 N.J,交叉 G. Dual Polarization 干涉测量法: 评定 (生物) 分子取向、结构和功能的一个实时光学技术在固定/液体界面。 在: 生理传感器和生物芯片, 2 卷组手册 (2007)。 编辑: R.S. Marks, C.R. Lowe, D.C. Cullen, H.H. Weetall, I. Karube。 威里,国际标准书号: 978-0-470-01905-4, Vol1,第 4 部分, ch33, pp549-568。
2. Halthur T., Claessen P.,搪瓷矩阵在多缩氨基酸 Multilayers 上的衍生商品蛋白质的 Elofsson U.,钳制,使用 Ellipsometry,有散逸和双重极化干涉测量法的石英晶体微量天平的比较词在原处评定。 Langmuir (2006) 22(26) 11065-71。
3. 李 L.,约翰斯顿 A.P., Caruso F.,操作脱氧核糖核酸多层膜的盐和耐热性通过低聚核苷酸长度。 Biomacromolecules (2008) 11月 9(11) :3070-8. Epub 10月 2008 1。
4. Lundin M.,布隆贝格 E., Tilton R.D.,在脱乙酰壳多糖层由层装配的聚合物动力和肝素, Langmuir,尽快条款,出版日期 (万维网) : 11月 18日, (2009) (条款) DOI : 10.1021/la902968h.
5. Aulin C., Varga I., Claesson P.M., Wågberg L., polyethyleneimine 高分子电解质 multilayers Lindström T.,积累和在原处双重极化干涉测量法和石英晶体微量天平学习的 microfibrillated 纤维素有散逸的。 Langmuir, (2008) 3月 18日; 24(6) :2509-18. Epub (2008) 2月 16日。
6. 运输路线 T.J., FletcherW。 R., Gormally, M.V., Johal M.S.,双重射线极化干涉测量法解决高分子电解质吸附的机构方面。 Langmuir, (2008) 尽快条款,万维网发放日期: 9月 10日, (2008)。
7. Swann M.J.,弗里曼新泽西, Carrington S.,罗南 G., Barrett P.,定量蛋白质交往结构变化和化学计量学使用范围和密度描出。 信函在肽科学 (2003) 10 487-494。
8. 使用 van't Hoff 和 Eyring 等式。
9. Boudjemline A.,克拉克 D.T.,弗里曼新泽西,尼科尔森 J.M.,琼斯 G.R.,蛋白质结晶早期如显示涌现的光学波导技术 J. Appl。 Cryst。 (2008)。 41, 523-530。 doi :10.1107/S0021889808005098.
10. Mashaghi A., Swann M., Popplewell J., Textor M., Reimhult E.,波导分光学探查的支持的油脂结构光学各向异性现象和其应用对支持的油脂 bilayer 形成动能学的研究,肛门。 Chem。, 80 (10), 3666-3676, (2008)。 PMID : 18517221 万维网发放日期: 19, 4月。(2008); (条款) DOI : 10.1021/ac800027s.
11. Sanghera N., Swann M.J.,罗南 G., Pinheiro T.J.,答案到在朊毒体蛋白质的汇总的早活动里在油脂膜的, Biochimica 和 Biophysica 学报 (BBA) - Biomembranes,数量 1788,问题 10,页 10月 (2009), 2245-2251。

版权 AZoNano.com,格里罗南 (远端场组) 博士

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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