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Posted in | Nanomaterials

研究者らは、ペプチドナノ構造が示す顕著な挙動を発見

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

実験では、時々完全に予想外の現象の発見につながることができます。このようにビームラインデュポン - ノースウェスタン - ダウ共同アクセスチームの5 - ID(DND - CAT)でノースウェスタン大学の研究者によって行わ実験中に観察されたペプチドナノ構造(超分子フィラメントの形で)によって示される顕著な動作の場合ですにおけるエネルギーの光量子ソースの米国務省でのシンクロトロン研究センター(APS) アルゴンヌ国立研究所

六角形の配列に配置された10ナノメートル径のペプチドのフィラメントの束を描いた図面。同様の現象は、細胞、眼の角膜、および生物学の他の領域の細胞骨格に自然に発生する可能性があります。 (右下)挿入図は、個々のフィラメントの分子構造を示しています。 (SI Stuppは画像提供。)

"ペプチドナノ構造の階層構造を解明しようとしている"間、教授サミュエルStuppは、最近のサイエンスに発表された研究の主執筆者によると彼のチームは、水に分散するとき、それらのフィラメントナノ構造は、六角形にパックされたバンドルに編成することができることを発見。研究者は、溶液中で十分に高い濃度で、フィラメントが自発的に結晶構造(六角形にパックされたバンドル)に自己集合することができることを知って驚いた。さらに驚くべきことは、ナノ構造を調べるために使用されるX線もありますフィラメントの結晶化の引き金となったという発見だった。この作品は、生物系と材料の構造を制御するために我々の能力におけるナノ構造の理解に影響を及ぼす可能性があります。

本研究で使用されるフ​​ィラメントが数十μmのオーダーで約10ナノメートルと長さの直径を有していた。フィラメントは、短いペプチド配列を含む合成分子から派生した。ペプチドは2つまたはそれ以上のアミノ酸を含む化合物である。略記Ala6Glu3 - - 順番にアルキル分子にグラフトされたここ、ペプチド配列は、3つのグルタミン酸の分子に結合sixアラニンのアミノ酸分子から成っていた。その結果"超分子"フィラメントを形成するために水に自己組織。

実験の順序は、水に分散フィラメントの配置を明らかにするために設計されました。フィラメントの異なる水溶液濃度が小さい2mmの径の石英毛細血管の内側に置き、DND - CATのビームラインでの小角X線散乱(SAXS)を利用して検討した。濃度は0.5〜5重量%の範囲であった。 SAXSのデータは、フィラメントの全ての濃度は(図1参照)六角形のパッキングを示すバンドルに集約することを明らかにした。六角形にパックされたバンドルにフィラメントの組織(すなわち、結晶化)が非常に顕著です。低濃度溶液(0.5〜1重量%)はX線照射によってのみ結晶化しながら、しかし、さらに驚くべきは、フィラメントのより高い濃度が(2と5重量%)自発的に結晶化したという観測だ。

どちらかの自己組織化によって、またはX線照射による教授Stuppは、フィラメントの結晶化、によると、他の超分子システムでは"我々は前に見たことがない"という現象を構成する。 Stuppはまた、"APSのシンクロトロンでの実験を行うことで、我々はX線が結晶化を促進する可能性があることを知って驚いた。"ことを観察

X線誘発結晶化の魅惑的な機能としては、実際に表示されていたプロセスの可逆性であった。 1重量%溶液を用いて、X線照射の累積200秒は、結晶化を示す、不透明な最初は透明なソリューションを回した。それは、障害への回帰を示し、約40分以内に再び透明になるまでX線停止後、溶液の不透明度は徐々に減少した。フォローアップSAXSは、4秒のX線バーストの数にソリューションを公開実験する。実験データは、最後のX線撮影中に記録として最初に、順序付けされていないフィラメントが(最初の4秒の露光で明らかに)徐々にフィラメントの六角形に順序のバンドルに変更を受けたことを示した。実験は、2時間後に繰り返されたときに、SAXSのデータは、フィラメントが再び無秩序だった明らかに - 結晶構造が消失していた。

研究者は無関係な要因は、フィラメントの順序付けに貢献している可能性があるかどうかを検討した。強烈なX線は、イオン化のためにソリューション内で新しい化合物を作成するだけでなく、微妙な加熱を生成することができます。しかし、フィラメントソリューションの後続のテストは、不要な化学種、また熱効果、どちらがどちらかの自発的またはX線でトリガされる結晶化の一部を果たしていたことを示した。

結晶化の責任の基本的なメカニズムに関しては、研究者は結晶質領域の長期的な安定性は、二つの相反する緊張のバランスであることを想像する:フィラメント上に存在する電荷は、(ネイティブまたはX線照射により誘導されるのどちらか)フィラメントプッシュする傾向がある離れて束、大規模なネットワーク内のフィラメントの巻き込みが内側に機械的な圧縮につながる一方。

実験データは、フィラメントの濃度が成長するにつれフィラメントの臨界濃度はバンドル(すなわち結晶化)の中で彼らの自発的な六角形の配置に至るまで、バンドル内のフィラメントの数は、同様に増加したことが明らかになった。一方、低いフィラメント濃度 - 自発的に結晶化することができないが - X線は、それによって結晶化に有利な間フィラメントの力のバランスを変え、フィラメント'の表面上の電荷密度を増加するときにのみこれを行うことができます。

それらの人工結晶フィラメントネットワークを作成したのと同じメカニズムがよく教授Stuppは、この研究は、私たちは生物学的システムにおけるナノ構造の組織を理解するのに役立つことができる"という観察につながる、生物細胞で働いていてもよく、また、制御のアプリケーションがあるかもしれません材料の構造。"

より多くの情報:Honggang崔、E.トーマスPashuck、ユーリS. Velichko、スティーブンJ.ワイガント、アンドリューG.チータム、クリスティーナJ.ニューカム、そしてサミュエルI. Stuppは、"自然とのロングレンジでのX線トリガ型結晶自己組織化フィラメントのネットワーク、"科学327、555(2010年1月29日)。 DOI:10.1126/science.11​​82340

Last Update: 3. October 2011 07:57

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