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Crescimento Imaged dos Cientistas do Laboratório de Berkeley de Superfícies Minerais Proteína-Enchidas

Published on December 15, 2009 at 7:01 PM

Os Cientistas na Fundição Molecular de Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley têm imaged o crescimento de superfícies minerais proteína-enchidas com definição inaudita, fornecendo um relance nos materiais estruturais chaves projetados por sistemas vivos. A técnica de alta resolução da equipe revela os mecanismos naturais empregados por criaturas no mar e na costa igualmente, e poderia fornecer meios observar e dirigir este crescimento de cristal enquanto ocorre.

Modelos dos peptides e da estrutura de cristal do monohidrato do oxalate do cálcio em uma imagem atômica do microscópio da força recolhida durante o crescimento de cristal. A borda inferior desta imagem é aproximadamente 60 átomos transversalmente. (Cortesia de Imagem de Jim DeYoreo, e. al)

Para milhões de anos, os organismos das algas aos seres humanos usaram o processo do biomineralization-the de organizar minerais tais como o carbonato de cálcio em biológico sistema-a geram escudos, espinhas, ossos e outros materiais estruturais. Recentemente, os pesquisadores começaram a desembaraçar a estrutura e a composição destes biominerals. Contudo, compreender como as biomoléculas interagem com os minerais para formar estas arquiteturas complexas permanece um desafio formidável, porque exige as capacidades da definição e da rápido-imagem lactente do molecular-nível que não perturbam nem não alteram o ambiente local.

microscopia da Atômico-Força, que os montes e os vales da nanômetro-escala das trilhas através do terreno de um cristal com uma ponta de prova afiada, são usados frequentemente estudar superfícies. As deflexões que uma ponta de prova encontra através de um material são traduzidas em sinais elétricos a seguir usadas para criar uma imagem da superfície. Contudo, um exercicio de equilibrio cuidadoso é exigido manter a definição fornecida por uma ponta de prova afiada e a flexibilidade necessário para deixar moléculas biológicas macias frios. Agora, os pesquisadores Moleculars da Fundição desenvolveram uma ferramenta capaz de distinguir materiais biológicos delicados e undulations minúsculos em superfície-todo quando de um cristal que olham o processo da mineralização na presença das proteínas.

“Nós encontramos uma aproximação consistentemente às macromoléculas macias da imagem em uma superfície dura do cristal com a definição molecular, e nós fizemo-la na solução e na temperatura ambiente, que é muito mais aplicável aos ambientes naturais,” diz Jim DeYoreo, director-adjunto da Fundição Molecular, um Ministério de E.U. da Facilidade Nacional do Usuário da Energia situada no Laboratório de Berkeley que fornece o apoio aos pesquisadores do nanoscience em todo o mundo.

“Com estas pontas de prova híbridas, nós podemos literalmente olhar biomoléculas interagir com uma superfície do cristal enquanto o cristal cresce uma etapa atômica de cada vez. Ninguém pôde olhar até aqui este processo com este tipo da definição,” diz Raymond Friddle, um erudito cargo-doutoral no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley.

DeYoreo, Friddle, Tecelão de Matt dos co-autores e Roger Qiu (Laboratório Nacional de Lawrence Livermore), Bill Casey (Universidade Da California, Davis) e Andrzej Wierzbicki (Universidade de Alabama Do Sul), estes usados microscópio “híbrido” da atômico-força sonda para estudar as interacções entre um cristal crescente do monohidrato do oxalate do cálcio, um presente mineral em pedras de rim humanas, e peptides, as moléculas do polímero que realizam funções metabólicas em pilhas vivas. Estas pontas de prova híbridas combinam a agudeza e a flexibilidade, que é crucial em conseguir a velocidade e a definição exigidas para monitorar o crescimento de cristal com distúrbio mínimo aos peptides.

Os resultados da equipe revelam um processo complexo. Em a positivamente - a faceta cobrada do monohidrato do oxalate do cálcio, peptides forma um filme que actue como um interruptor para girar o crescimento de cristal de ligar/desligar. Contudo, da na faceta cobrada negativamente -, os peptides empurram junto na superfície para criar os conjuntos que lento ou acelere o crescimento de cristal.

“Nossa mostra dos resultados os efeitos dos peptides em um crescimento de cristal é distante mais complicada do que com as moléculas mais simples, pequenas. As formas dos peptides na solução tendem a flutuar, e segundo as circunstâncias, os processos do complexo com que peptides colam às superfícies permite que controlem o crescimento de cristal como um grupo de “interruptores, reguladores de pressão e freios”,” Friddle diz. “Podem retardar ou acelerar o crescimento, ou mesmo comutam-no agudamente de sobre a fora com pequenas alterações em condições da solução.”

Os planos da equipe para usar sua aproximação nova para investigar a física fundamental do cristal surgem nas soluções e aprofundam sua compreensão de como as biomoléculas e os cristais interagem. “Nós acreditamos que estes resultados colocarão a fundação para o melhor controle sobre cristais tecnologicos, aproximações biomimetic à síntese dos materiais, e terapias potenciais para patologias do duro-tecido,” DeYoreo adiciona.

De “a microscopia atômica de papel da força Subnanometer de interacções peptide-minerais liga a aglomeração e a competição à aceleração e à catástrofe,” por Raymond Friddle, pelo Tecelão de Matt, pelo Roger Qiu, pelo Andrzej Wierzbicki, pelo William H. Casey e pelo James J. DeYoreo, parece nas Continuações da Academia Nacional das Ciências e está disponível nas Continuações da Academia Nacional das Ciências em linha.

Este trabalho na Fundição Molecular foi apoiado pelo Director, Escritório da Ciência, Escritório de Ciências Básicas da Energia, Divisão da Ciência de Materiais e Engenharia, da GAMA sob o Contrato Não DE-AC02-05CH11231.

Last Update: 13. January 2012 07:58

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