Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials

Peneliti Temukan Perilaku luar biasa Dipamerkan oleh struktur nano Peptida

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Percobaan kadang-kadang dapat mengarah pada penemuan fenomena benar-benar tak terduga. Seperti halnya dengan perilaku yang luar biasa yang ditunjukkan oleh struktur nano peptida (dalam bentuk filamen supramolekul) diamati selama percobaan yang dilakukan oleh para peneliti dari Northwestern University pada beamline 5-ID dari DuPont-Akses Tim Northwestern-Dow Kolaborasi (JG-CAT) sinkrotron Research Center di US Department of Energy Advanced Photon Source (APS) di Argonne National Laboratory .

Gambar yang menggambarkan seikat 10-nanometer-diameter filamen peptida diposisikan dalam array heksagonal. Fenomena serupa dapat terjadi secara alami dalam sel cytoskeletons, kornea mata, dan daerah lain biologi. Inset (di kanan bawah) menggambarkan struktur molekul filamen individu. (Gambar milik SI Stupp.)

Menurut Profesor Samuel Stupp, penulis utama dari studi baru-baru dipublikasikan di Science, sementara "mencoba untuk menjelaskan organisasi hirarkis struktur nano peptida" ditemukan timnya bahwa ketika tersebar di air, filamen yang struktur nano bisa mengatur ke-dikemas bundel hexagonally. Para peneliti terkejut menemukan bahwa pada konsentrasi cukup tinggi dalam larutan, filamen spontan bisa merakit diri ke dalam struktur kristal (bundel hexagonally-dikemas). Bahkan lebih mengejutkan adalah temuan bahwa sinar-x digunakan untuk menyelidiki struktur nano juga kadang-kadang dipicu filamen kristalisasi. Karya ini dapat mempengaruhi pemahaman kita tentang struktur nano dalam sistem biologi dan kemampuan kita untuk mengontrol struktur bahan.

Filamen yang digunakan untuk penelitian ini memiliki diameter sekitar 10 nanometer dan panjang atas perintah puluhan mikrometer. Filamen berasal dari sebuah molekul sintetik mengandung urutan peptida pendek. Peptida adalah senyawa yang mengandung dua atau lebih asam amino. Di sini, urutan peptida terdiri dari enam molekul asam amino alanin terikat dengan tiga molekul asam glutamat - disingkat Ala6Glu3 - yang pada gilirannya dicangkokkan pada molekul alkil. Sebagai kelanjutannya, "supramolecules" rakitan dalam air untuk membentuk filamen.

Sebuah urutan eksperimen dirancang untuk mengungkapkan susunan filamen terdispersi dalam air. Konsentrasi air yang berbeda dari filamen yang berada dalam kecil 2-mm-diameter kapiler kuarsa dan mempelajari memanfaatkan kecil-sudut hamburan sinar-x (SAXS) di beamline JG-CAT. Konsentrasi berkisar antara 0,5 sampai 5 persen berat. Data SAXS mengungkapkan bahwa semua konsentrasi filamen agregasi ke dalam bundel yang menunjukkan kemasan heksagonal (lihat Gambar. 1). Organisasi dari filamen ke dalam bundel hexagonally-dikemas (yaitu, kristalisasi) sangat luar biasa. Tetapi bahkan lebih luar biasa adalah pengamatan bahwa konsentrasi tinggi dari filamen (2 dan 5 persen berat) secara spontan mengkristal, sedangkan konsentrasi lebih rendah-solusi (0,5 dan 1 persen berat) mengkristal hanya melalui x-ray paparan.

Menurut Prof Stupp, kristalisasi dari filamen, baik sendiri-perakitan atau oleh x-ray paparan, merupakan fenomena yang "kita belum melihat sebelumnya" dalam sistem supramolekul lain. Stupp juga mengamati bahwa "dalam melakukan eksperimen di sinkrotron APS, kami terkejut menemukan bahwa x-ray dapat mempromosikan kristalisasi."

Sebuah fitur menarik dari kristalisasi x-ray-induced adalah reversibilitas dari proses, yang sebenarnya terlihat. Menggunakan solusi 1 persen berat, 200 kumulatif detik radiasi sinar-x memutar transparan solusi opak-awalnya, menunjukkan kristalisasi. Setelah x-ray penghentian, opacity solusi menurun perlahan-lahan sampai jelas lagi dalam waktu sekitar 40 menit, menunjukkan kembali ke gangguan. Sebuah tindak lanjut percobaan SAXS terkena solusi untuk sejumlah 4-detik x-ray semburan. Data eksperimental menunjukkan bahwa filamen awalnya-unordered (diungkapkan oleh paparan 4-detik pertama) secara bertahap mengalami perubahan ke bundel hexagonally-memerintahkan filamen seperti yang tercatat selama eksposur x-ray terakhir. Ketika percobaan diulang dua jam kemudian, data SAXS mengungkapkan filamen sekali lagi teratur - struktur kristal telah menghilang.

Para peneliti mempertimbangkan apakah faktor-faktor luar mungkin telah berkontribusi untuk filamen pemesanan. Intens x-ray dapat membuat senyawa kimia baru dalam solusi karena ionisasi, serta menghasilkan pemanasan halus. Namun, tes selanjutnya solusi filamen menunjukkan bahwa baik spesies kimia yang tidak diinginkan, atau efek termal, telah memainkan peran baik dalam kristalisasi spontan atau x-ray-dipicu.

Mengenai mekanisme dasar bertanggung jawab atas kristalisasi, para peneliti membayangkan bahwa stabilitas jangka panjang dari domain kristal adalah keseimbangan antara dua berlawanan ketegangan: muatan listrik yang berada pada filamen (baik asli atau diinduksi oleh radiasi sinar-x) cenderung untuk mendorong filamen bundel terpisah, sementara jeratan filamen dalam jaringan yang lebih besar mengarah ke kompresi mekanis ke dalam.

Data eksperimental mengungkapkan bahwa konsentrasi filamen tumbuh, jumlah filamen dalam bundel meningkat juga, sampai konsentrasi kritis filamen mengakibatkan pengaturan spontan heksagonal mereka dalam bundel (kristalisasi yaitu). Di sisi lain, konsentrasi filamen yang lebih rendah - tidak dapat secara spontan mengkristal - hanya bisa melakukannya ketika x-ray meningkatkan densitas muatan pada permukaan filamen ', sehingga mengubah keseimbangan kekuatan antar-filamen mendukung kristalisasi.

Mekanisme yang sama yang menciptakan manusia buatan mereka jaringan filamen kristal juga dapat bekerja dalam sel-sel biologis, sehingga Prof Stupp untuk mengamati bahwa "penelitian ini bisa membantu kita memahami organisasi struktur nano dalam sistem biologi, dan juga mungkin memiliki aplikasi dalam mengendalikan struktur bahan. "

Informasi lebih lanjut: Honggang Cui, Thomas E. Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb, dan Samuel I. Stupp, "Spontan dan X-ray-Dipicu Kristalisasi di Long Range di Self-Perakitan Jaringan Filament, "Ilmu 327, 555 (29 Januari 2010). DOI: 10.1126/science.1182340

Last Update: 13. October 2011 11:41

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