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

Os investigadores descobrem comportamento notável exibido por Nanoestruturas Peptide

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Experiências às vezes pode levar à descoberta de fenômenos completamente inesperados. Tal é o caso com o comportamento exibido pelo notável nanoestruturas peptídeo (na forma de filamentos supramolecular) observados durante experimentos realizados por pesquisadores da Northwestern University em beamline 5 ID do Access Team DuPont-Northwestern-Dow Collaborative (DND-CAT) síncrotron Centro de Pesquisa do Departamento dos EUA de fonte de energia do Photon Avançado (APS) em Argonne National Laboratory .

Um desenho representando um feixe de filamentos de 10 nanômetros de diâmetro-peptídeo posicionados em uma matriz hexagonal. Fenômenos semelhantes podem ocorrer naturalmente no citoesqueleto das células, a córnea do olho, e outras áreas da biologia. Inset (em baixo à direita) mostra a estrutura molecular dos filamentos individuais. (Imagem cortesia do SI Stupp.)

Segundo o professor Samuel Stupp, principal autor do estudo publicado recentemente na revista Science, enquanto "a tentar elucidar a organização hierárquica de nanoestruturas peptídeo" sua equipe descobriram que, quando disperso em água, essas nanoestruturas filamentosos poderia organizar em feixes hexagonal-embalados. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que em concentrações suficientemente altas em solução, os filamentos podem espontaneamente auto-organizar em estruturas cristalinas (os feixes hexagonal-embalados). Ainda mais surpreendente foi a constatação de que os raios-X utilizado para examinar as nanoestruturas às vezes também desencadeou a cristalização do filamento. Este trabalho pode afetar nosso entendimento de nanoestruturas em sistemas biológicos e nossa capacidade de controlar a estrutura dos materiais.

Os filamentos usados ​​para esta pesquisa possuíam diâmetros de cerca de 10 nanômetros e comprimentos da ordem de dezenas de micrômetros. Os filamentos foram obtidas a partir de uma molécula sintética contendo uma seqüência de peptídeo curto. Peptídeos são compostos contendo dois ou mais aminoácidos. Aqui, a seqüência de peptídeo composto de seis moléculas de aminoácidos alanina ligada a três moléculas de ácido glutâmico - abreviado Ala6Glu3 - que por sua vez foi enxertada a uma molécula de alquila. O resultado do "supramoleculares" auto-montados em água para formar os filamentos.

Uma seqüência de experimentos foi projetado para revelar o arranjo dos filamentos dispersos em água. Diferentes concentrações de solução aquosa dos filamentos foram colocados dentro de minúsculos 2 mm de diâmetro de quartzo capilares e estudada utilizando pequeno ângulo de espalhamento de raios-X (SAXS) na linha de luz DND CAT. As concentrações variaram de 0,5 a 5 por cento do peso. Os dados SAXS revelou que todas as concentrações de filamentos agregados em feixes exibindo uma embalagem hexagonal (ver Fig. 1.). A organização dos filamentos em feixes hexagonal-embalados (ou seja, a cristalização) é bastante notável. Mas ainda mais notável foi a constatação de que a maior concentração de filamentos (2 e 5 por cento em peso) espontaneamente cristalizadas, enquanto as soluções de menor concentração (0,5 e 1 por cento em peso) consolidou-se apenas através de raio-x de exposição.

Segundo o Prof Stupp, da cristalização dos filamentos, quer por auto-montagem ou por x-ray exposição, constituem fenômenos que "nós não vimos antes" em outros sistemas supramoleculares. Stupp também observou que "em fazer as experiências no síncrotron APS, ficamos surpresos ao descobrir que raios-x pode promover a cristalização."

Uma característica fascinante da cristalização de raios-x foi induzida a reversibilidade do processo, que foi realmente visível. Usando a solução a 1 por cento em peso, um acumulado de 200 segundo x-ray irradiação virou a solução inicialmente transparente opaca, indicando a cristalização. Depois de x-ray cessação, a opacidade da solução reduzida lentamente até que fique claro novamente dentro de cerca de 40 minutos, indicando um retorno à desordem. A SAXS follow-up experimento expostos a solução para uma série de quatro segundos x explosões de raios. Os dados experimentais mostraram que os filamentos, inicialmente, não-ordenada (revelado pela exposição de 4 segundos antes) aos poucos passou por uma mudança de pacotes hexagonal-ordenada de filamentos como registrado nos últimos x-ray exposições. Quando o experimento foi repetido duas horas mais tarde, os dados SAXS revelou os filamentos foram novamente desordenado - a estrutura cristalina tinha desaparecido.

Os pesquisadores consideraram se os fatores externos podem ter contribuído para ordenação do filamento. Intensos raios-x pode criar novos compostos químicos dentro de uma solução devido à ionização, bem como produzir aquecimento sutil. No entanto, os testes subseqüentes das soluções filamentosos mostraram que nem espécies químicas indesejadas, nem efeitos térmicos, tinha desempenhado um papel tanto no cristalizações espontânea ou x-ray-disparado.

Sobre o mecanismo básico responsável pela cristalização, os pesquisadores prevêem que a estabilidade a longo prazo dos domínios cristalinos é um equilíbrio entre duas tensões opostas: cargas elétricas que residem nos filamentos (nativa ou induzidas por irradiação de raios-x) tendem a empurrar filamentosos feixes separados, enquanto o aprisionamento de filamentos dentro da rede maior leva a uma compressão mecânica para dentro.

Dados experimentais revelaram que a concentração de filamento cresceu, o número de filamentos dentro de pacotes também aumentou, até que uma concentração crítica de filamentos resultou em seu arranjo hexagonal espontânea dentro dos pacotes (ou seja, a cristalização). Por outro lado, baixas concentrações filamentosos - incapaz de cristalizar espontaneamente - só poderia fazê-lo quando os raios X aumentou a densidade de carga nas superfícies dos filamentos ", mudando assim o equilíbrio de filamentos inter-forças em favor de cristalização.

O mesmo mecanismo que criaram suas homem redes cristalinas filamentosos pode muito bem estar no trabalho em células biológicas, levando Prof Stupp observar que "esta pesquisa pode nos ajudar a entender a organização de nanoestruturas em sistemas biológicos, e também pode ter aplicações no controle a estrutura dos materiais. "

Mais informações: Cui Honggang, E. Thomas Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb, e Samuel I. Stupp, "espontânea e X-ray-Triggered Cristalização de longo alcance em Redes de auto-montagem de filamentos, "Science 327, 555 (29 de janeiro de 2010). DOI: 10.1126/science.1182340

Last Update: 6. October 2011 11:46

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