相應一致活動關係: 分子為什麼改變形狀?

格裡羅南, CEO,遠端場組有限公司博士
對應的作者: gronan@farfield-group.com

背景

生化描繪的是為弱,非共價,在不斷地做并且被中斷在變化的回應力量的大生物聚合物之間的債券。 交往強制,代表由 van der Waal 的類型強制可能由交往距離變化到功率的 6 並且一個分子的能力對 『適合了』或依照摺疊的形狀或在別的礦穴驅動這種回應。

相反地,一個約束合作夥伴能誤解原生質 (即蛋白質) 的相應一致啟用或禁用從而調控這種回應的一個潛在的生物化學的活動。 的確,這是在小的分子設計為了他們的能力能選擇性地配合和誤解在疾病結構牽連的目標蛋白質相應一致的配藥干預後的基本的前提。

雙重極化干涉測量法 (DPI)通過評定其直徑 (或範圍) 和這個密度評定蛋白質的相應一致 (即,其質量每個單位體積或多麼緊密地摺疊它是) 通過耦合蛋白質對一個載玻片和探查使用非繞射的光學。 這個方法在 proteomics 科學解決蛋白質相應一致對亞原子的維數 (低於 0.1 Å) 在實時并且有在研究員中的生長接受在蛋白質描述特性,一個重要學科領域。

遠端場,我們的工作在過去十年中圍繞形狀的原生質的直接測量或相應一致,并且這如何更改,當原生質發揮作用。 此能力監控相應一致活動關係 (CAR)在是公認的評定分子範圍和摺疊密度的一臺1雙重極化干涉儀 benchtop 分析工具表明 (並且请集合在一個載玻片獲取的) 配合的原生質。 這個技術有微微米解決方法,實時并且任意標記和已經有在全世界 19 個的國家(地區) 間的一生長 userbase。

相應一致活動關係的重要性 (CAR)

例如在配藥設計,一個常規藥物檢查程序意志選擇候選人從圖書館好幾一千,如果不是百萬根據他們的能力選擇性地堅持蛋白質目標 (如被牽連在疾病結構),指交往的親合力。 高親合力交往可能發生以非常這名候選人的低濃度並且這名候選人是不太可能在別處導致副作用。然而,高親合力不產生保證這名候選人符合原生質正確地或。 不最好的有一個更低的親合力分子,導致可能然後被優選的期望活動的正確的相應一致 (由分子工程) 提高其親合力?

一個簡單例子如下所示目標蛋白質 (朊毒體蛋白質如被牽連在 nvCJD) 的地方由一定數量的金屬離子的不同的濃度挑戰。 從金屬離子質量被關聯以每濃度親合力 (和化學計量學) 可以被評定。 然而從範圍和密度配置文件一能立即看到鈷不誤解這個分子,當鋅時,有相似的親合力,執行。

此外,構像的更改明顯一旦銅 (作為在蛋白質的範圍的減少和在其密度的一個增量顯示的擊實) 不充分地撤消 (即它翻轉了到一不同的穩定的相應一致或 isoform),而與鋅的構像的更改充分地撤消。 從三交往的三個不同相應一致活動關係與相似的親合力。

圖 1。 不同的相應一致活動關係的示例相似的金屬的離子的親合力約束交往的束縛對朊毒體蛋白質 (PrP)。 顯示不同的金屬離子的關聯和離解質量以不同的濃度 (從哪些交往親合力可以被計算) 和對應的範圍和密度配置文件 (從哪些構像的更改可以被計量)。 最大構像的更改 (Cu)是 0.04nm,并且每個挑戰是 5 周詳射入。 (岐阜大學,日本的數據禮貌)

在薄膜上的構像的變化

軟的問題 (即聚合物) 也是受相似的畸變支配和經常它 是這個定義的功能在 nanoscale 的此展性的本質。 雙重極化干涉測量法 (DPI)也能够分析在聚合物上的這些變化,評定膠片厚度,并且 R.i. 和協議與其他分析技術例如中子反映和 ellipsometry 是2非常好的如下所示在表 2。 不同於 ellipsometry,然而, DPI 將確定這個厚度,并且獨立彼此的 RI 在任意地薄層和不同於中子數據,它將執行此在實時以與實驗和控制通道的一個 benchtop 格式。

圖 2. DPI 比較和高分子電解質多層構建的 ellipsometery 評定。 在厚度 (d) 和 R.i. 的厚實的層協議 (n) 是非常好的。 在 ellipsometry 減少的厚度要求 RI (或厚度的) 知識為了計算這個厚度 (或 RI),當 DPI 可能任意地評定顯示在密度的薄層動擺與備選正和帶負電荷層存款交往時。 (數據禮貌 YKI,斯德哥爾摩)

許多其他示例的這樣自被裝配的構建是被學習的例如脫氧核糖核酸 multilayers3、脫乙酰殼多糖/肝素4和高分子電解質5,6

當然有不介入一個約束活動構像的重新組織的許多類型利益。 聚合物脹大由於更改酸碱度是可能迅速和容易地再被分析在解決方法通常與 『大物理相關』的一個這樣進程。 一個簡單例子在表 3 顯示表面被獲取的薄膜多 (allylamine) 的地方在命中率間的範圍被學習。 在低酸度值,這個聚合物的 protonation 造成層脹大,當在高酸度值層合同和密度增量時。

圖 3. 聚合物脹大由於 protonation 如評定由雙重極化干涉測量法

這些評定可能也延伸到從一 isoform 的轉移到另一個並且 isoform 穩定性在不同的溫度、命中率、離子強度、溶劑或者其他環境或 refolding 的情況矩陣可以被分析的生物聚合物。

遠期雙重極化干涉測量法

在 2003年從其簡介7,雙重極化干涉測量法由各種各樣的研究員採用環球壽命和物理學的。 其能力評定和分析分子相應一致在子基本解決方法創建了基本上納諾和生物科學研究的新的機會。 手段的最新的生成, 4D 生物工作區有能力在一個延長的溫度上對允許蛋白質融解和其他分子相變的評定的 65°C。

通過分析交往的動能學和親合力在不同的溫度的定量熱力勢、焓和熵不僅束縛,而且構像的更改也是可能的8。 這第一次允許親合力、動能學、熱力學和束縛或 refolding 的構像的變化的直接測量在一個唯一實驗上。

圖 4。 有自動化的範例簡介的一臺雙重極化干涉儀 benchtop 儀器。

將來更高的處理量和更小的範例數量對於篩選應用是必需的,但是有可能也是 extracted.from 4D 生物工作區分光鏡信息的許多其他級別。 二次光折射現在用於評定命令9 和紊亂在油脂 bilayers 分析蛋白質油脂交往,非常早期蛋白質水晶生核的評定已經10 被展示了使用光學損失。 11我們的下十年的遠見是提高描述特性的保真度在這些維數的正確地照亮這個分子世界!


參考

1. Swann M.J.,弗裡曼 N.J,交叉 G. Dual Polarization 干涉測量法: 評定 (生物) 分子取向、結構和功能的一個實時光學技術在固定/液體界面。 在: 生理傳感器和生物芯片, 2 捲組手冊 (2007)。 編輯: R.S. Marks, C.R. Lowe, D.C. Cullen, H.H. Weetall, I. Karube。 威里,國際標準書號: 978-0-470-01905-4, Vol1,第 4 部分, ch33, pp549-568。
2. Halthur T., Claessen P.,搪瓷矩陣在多縮氨基酸 Multilayers 上的衍生商品蛋白質的 Elofsson U.,鉗製,使用 Ellipsometry,有散逸和雙重極化干涉測量法的石英晶體微量天平的比較詞在原處評定。 Langmuir (2006) 22(26) 11065-71。
3. 李 L.,約翰斯頓 A.P., Caruso F.,操作脫氧核糖核酸多層膜的鹽和耐熱性通過低聚核苷酸長度。 Biomacromolecules (2008) 11月 9(11) :3070-8. Epub 10月 2008 1。
4. Lundin M.,布隆貝格 E., Tilton R.D.,在脫乙酰殼多糖層由層裝配的聚合物動力和肝素, Langmuir,儘快條款,出版日期 (萬維網) : 11月 18日, (2009) (條款) DOI : 10.1021/la902968h.
5. Aulin C., Varga I., Claesson P.M., Wågberg L., polyethyleneimine 高分子電解質 multilayers Lindström T.,積累和在原處雙重極化干涉測量法和石英晶體微量天平學習的 microfibrillated 纖維素有散逸的。 Langmuir, (2008) 3月 18日; 24(6) :2509-18. Epub (2008) 2月 16日。
6. 運輸路線 T.J., FletcherW。 R., Gormally, M.V., Johal M.S.,雙重射線極化干涉測量法解決高分子電解質吸附的機構方面。 Langmuir, (2008) 儘快條款,萬維網發放日期: 9月 10日, (2008)。
7. Swann M.J.,弗裡曼新澤西, Carrington S.,羅南 G., Barrett P.,定量蛋白質交往結構變化和化學計量學使用範圍和密度描出。 信函在肽科學 (2003) 10 487-494。
8. 使用 van't Hoff 和 Eyring 等式。
9. Boudjemline A.,克拉克 D.T.,弗裡曼新澤西,尼科爾森 J.M.,瓊斯 G.R.,蛋白質結晶早期如顯示湧現的光學波導技術 J. Appl。 Cryst。 (2008)。 41, 523-530。 doi :10.1107/S0021889808005098.
10. Mashaghi A., Swann M., Popplewell J., Textor M., Reimhult E.,波導分光學探查的支持的油脂結構光學各向異性現象和其應用對支持的油脂 bilayer 形成動能學的研究,肛門。 Chem。, 80 (10), 3666-3676, (2008)。 PMID : 18517221 萬維網發放日期: 19, 4月。(2008); (條款) DOI : 10.1021/ac800027s.
11. Sanghera N., Swann M.J.,羅南 G., Pinheiro T.J.,答案到在朊毒體蛋白質的彙總的早活動裡在油脂膜的, Biochimica 和 Biophysica 學報 (BBA) - Biomembranes,數量 1788,問題 10,頁 10月 (2009), 2245-2251。

版權 AZoNano.com,格裡羅南 (遠端場組) 博士

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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