Posted in | Nanomedicine | Nanomaterials

Para ilmuwan Berkeley Lab tergambar Pertumbuhan Protein-Studded Permukaan Mineral

Published on December 15, 2009 at 7:01 PM

Para ilmuwan di Lawrence Berkeley National Laboratory Foundry Molekuler telah dicitrakan pertumbuhan protein-bertatahkan permukaan mineral dengan resolusi belum pernah terjadi sebelumnya, memberikan sekilas ke bahan struktural utama direkayasa oleh sistem hidup. Resolusi tinggi teknik tim mengungkapkan mekanisme alami yang digunakan oleh makhluk di laut dan di pantai sama, dan dapat menyediakan sarana untuk mengamati dan mengarahkan ini pertumbuhan kristal seperti itu terjadi.

Model peptida dan struktur kristal kalsium oksalat monohidrat pada gambar mikroskop atom dikumpulkan selama pertumbuhan kristal. Tepi bawah gambar ini adalah sekitar 60 atom di seluruh. (Gambar milik Jim DeYoreo, et. Al)

Selama jutaan tahun, organisme dari alga ke manusia telah menggunakan biomineralization-proses pengorganisasian mineral seperti kalsium karbonat ke dalam sistem biologis-untuk menghasilkan kerang, duri, tulang dan bahan struktural lainnya. Baru-baru ini, peneliti telah mulai mengungkap struktur dan komposisi biominerals ini. Namun, memahami bagaimana berinteraksi dengan biomolekul mineral untuk membentuk arsitektur kompleks tetap menjadi tantangan berat, karena membutuhkan molekul-tingkat resolusi dan cepat-pencitraan kemampuan yang tidak mengganggu atau mengubah lingkungan setempat.

Atom-kekuatan mikroskop, yang melacak skala nanometer bukit dan lembah di medan kristal dengan probe yang tajam, sering digunakan untuk mempelajari permukaan. Sejumlah defleksi probe bertemu di suatu material dijabarkan menjadi sinyal listrik kemudian digunakan untuk membuat gambar permukaan. Namun, tindakan penyeimbangan hati-hati diperlukan untuk menjaga resolusi yang disediakan oleh probe tajam dan fleksibilitas yang diperlukan untuk meninggalkan molekul biologis yang lembut gentar. Sekarang, para peneliti Foundry Molekuler telah mengembangkan alat mampu membedakan bahan biologis halus dan undulations menit pada permukaan kristal-semua sambil menonton proses mineralisasi di hadapan protein.

"Kami telah menemukan sebuah pendekatan untuk konsisten lunak makromolekul gambar pada permukaan kristal keras dengan resolusi molekul, dan kami sudah melakukannya dalam larutan dan pada suhu kamar, yang jauh lebih berlaku untuk lingkungan alami," kata Jim DeYoreo, wakil direktur dari Foundry Molekuler, US Department of Energy National Pengguna Fasilitas terletak di Berkeley Lab yang memberikan dukungan kepada peneliti nanosains di seluruh dunia.

"Dengan hibrida probe ini, kita benar-benar dapat melihat bio-molekul berinteraksi dengan permukaan kristal sebagai kristal tumbuh satu langkah atom pada suatu waktu. Tidak ada telah mampu melihat proses ini dengan jenis resolusi sampai sekarang, "kata Raymond Friddle, seorang sarjana pasca-doktoral di Lawrence Berkeley National Laboratory.

Atom-kekuatan mikroskop probe DeYoreo, Friddle, co-penulis Matt Weaver dan Roger Qiu (Lawrence Livermore National Laboratory), Bill Casey (University of California, Davis) dan Andrzej Wierzbicki (Universitas Southern Alabama), digunakan ini 'hibrida' untuk belajar interaksi antara kristal yang tumbuh dari kalsium oksalat monohidrat, hadiah mineral di batu ginjal manusia, dan peptida, molekul polimer yang melaksanakan fungsi metabolisme dalam sel hidup. Probe ini hibrida menggabungkan ketajaman dan fleksibilitas, yang sangat penting dalam mencapai kecepatan dan resolusi yang dibutuhkan untuk memantau kristal yang tumbuh dengan gangguan minimal terhadap peptida.

Temuan tim menunjukkan proses yang kompleks. Pada segi bermuatan positif dari kalsium oksalat monohidrat, peptida membentuk film yang bertindak seperti sebuah saklar untuk mengaktifkan pertumbuhan kristal atau menonaktifkan. Namun, pada segi bermuatan negatif, peptida berdesak-desakan bersama-sama di permukaan untuk membuat cluster yang memperlambat atau mempercepat pertumbuhan kristal.

"Hasil penelitian kami menunjukkan efek dari peptida pada kristal tumbuh jauh lebih rumit dibandingkan dengan sederhana, molekul kecil. Bentuk peptida dalam larutan cenderung berfluktuasi, dan tergantung pada kondisi, proses kompleks dimana peptida menempel pada permukaan memungkinkan mereka untuk mengontrol pertumbuhan kristal seperti satu set ', throttles switch dan rem', "kata Friddle. "Mereka dapat memperlambat atau mempercepat pertumbuhan, atau bahkan beralih itu tajam dari pada off dengan perubahan kecil dalam kondisi solusi."

Last Update: 7. October 2011 14:41

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit