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Posted in | Nanoanalysis

Wissenschaftler Verschütteten Neue Leuchte auf Protein-Salz Interaktionen

Published on August 11, 2010 at 8:36 PM

Um nanostructures in den realen Umgebungen zu studieren, haben Berkeley-Laborwissenschaftler die theoretischen und experimentellen Anflüge kombiniert um in die Interaktion eines Proteins mit einfachen Salzen im Wasser flüchtig zu sehen. Aktiviert durch die Röntgenstrahlabsorptions-Simulationssoftware, die an der Molekularen Gießerei Berkeley-Labors entwickelt wird, verschütten diese Ergebnisse neue Leuchte auf, wie Salze Proteinzelle auf dem Atomniveau auswirken.

Traditionelle kristallographische Techniken, wie Röntgenstrahlbeugung, versehen ein Profil von bestellten Materialien mit statischen Zellen. Jedoch für die dynamischen oder komplexen Systeme, in denen die Atomzelle sich schnell ändernde ist, hoch entwickeltere Methoden seien Sie erforderlich. Jetzt haben Berkeley-Laborwissenschaftler RöntgenstrahlAbsorptionsspektroskopie angewendet, um ein vorbildliches Protein, Triglycin zu studieren - ein kurzgekettetes von drei Molekülen der einfachsten Aminosäure, Glycin. Indem es Röntgenstrahl-Absorptionsspektrum dieses Moleküls simuliert, hat das Team Show, wie seine Kette in Erwiderung auf Ionen in gelöster Form knick und geraderichtet.

David Prendergast

„Ein Molekül Zu Überwachen ist in gelöster Form wie das Überwachen Marionette-Sie kann es sehen in Erwiderung auf die Herstellung zu verbiegen und Brechen von Wasserstoffanleihen,“ sagte David Prendergast, ein Personalwissenschaftler in der Theorie von Nanostructures-Teildienst an der Molekularen Gießerei. „Konkreten Kenntnisse von, wie Ionen dieses Verhalten beeinflussen, kommen von der Anwendung von Simulationen der molekularen Dynamik, die hartnäckige Unterschiede in der Zelle auf Nanosekundenzeiträumen zeigen. Von diesen Daten können wir RöntgenstrahlAbsorptionsspektren erzeugen, die mit Versuchsergebnissen dann verglichen werden können.“

In einem fachkundigen Röntgenstrahlabsorptionsexperiment, das nahe Randröntgenstrahl-Absorptionsfeinstruktur (NEXAFS) gerufen wird, werden Röntgenstrahlen verwendet, um die chemische Masseverbindung und die Umgebung von spezifischen Elementen in einem Molekül oder in einem nanostructure, wie den Stickstoffatomen in einem Triglycinmolekül zu prüfen. Verbunden mit einer flüssigen microjet Technologie, die an Berkeley-Labors entwickelt wird, ist NEXAFS vorher verwendet worden, um zu prüfen, wie Proteine in Anwesenheit der verschiedenen Ionen sich auflösen und kristallisieren.

Prendergasts Software kann NEXAFS-Daten jetzt simulieren, indem sie einer Reihe Schnappschüsse berechnet, die von einer Simulation der molekularen Dynamik eines gegebenen Moleküls genommen werden. Diese Software ist ein kritisches Hilfsmittel für das Übersetzen von NEXAFS-Daten von den komplexen, dynamischen Anlagen, da die Fühlerzeiten in diesen Maßen auch Langsamsekunden eher sind, als Nanosekunde-zu strukturelle Unterschiede am nanoscale aufdecken Sie.

„Vorhergehende Studien von unserer Gruppe haben dargestellt, dass die Entwicklung der RöntgenstrahlAbsorptionsspektroskopie der flüssigen microjets einen neuen Atom-empfindlichen Fühler der Interaktionen zwischen wässrigen Ionen liefert, aber es die Einführung dieser neuen Theorie, die die erste zuverlässige molekular-stufige Interpretation dieser Daten liefert,“ sagte Richard Saykally, ein Berkeley-Laborchemiker und Professor von Chemie am Universität Von Kalifornien, Berkeley ist. „Hier sehen wir diese neue Kombination der Theorie und des Experimentes, die angewendet werden bis eins der wichtigsten Probleme in der biophysikalischen Chemie.“

Prendergast sagt, dass seine Technik der molekularen Dynamik verwendet werden kann, um Röntgenstrahlspektren einer biologischen Anlage mit bekannter Zelle zu formen, um seine lokalen Interaktionen zu bestimmen, was sie veranlaßt, eine bestimmte Zelle zu bilden und warum es auf einer Einzelheit Anpassung-alles die Spektren einer Reihe einzelner Schnappschüsse vorbei simulieren und mit Versuchsergebnissen vergleichen nimmt. Diese Simulationen sind rechnerisch steigernd und beruhen schwer auf der umfangreichen Supercomputerinfrastruktur, die Energieforschungs-Wissenschaftlichen Rechenzentrum Berkeley-Labors vom Nationalen bereitgestellt wird (NERSC).

„Obgleich diese Effekte ein grundlegendes Teil der Natur sind, sind sie noch kaum erforscht,“ sagte Craig Schwartz, ein Forscher, der mit Prendergast und Saykally arbeitet, dessen graduierte Arbeit zu diese Veröffentlichung führte. „Die experimentelle Empfindlichkeit von NEXAFS, verbunden mit einem Durchbruch in der Theorie, gab uns neuen Einblick in, wie diese Moleküle zusammenwirken.“

Die Forscher nehmen Nachfrage von anderen Gruppen vorweg, die Interaktionen erforschen des Wassers (oder anderen Lösungsmittels) sowie weiche Materialien (wie Polymere) und anorganische Materialien (Oxide und Metalloberflächen) die direkt zu energiebezogenen Anwendungen in der Katalyse, in der Batterietechnologie und im photovoltaics relevant sind-. Darüber hinaus da Lasersender des freien Elektrons des Röntgenstrahls für Wissenschaftler erhältlich werden, ist eine reichere experimentelle Datei erhältlich, theoretische Ergebnisse zu vergrößern.

Ein Papierbericht diese Forschung, die betitelt werden, „Untersuchung der Proteinanpassung und Interaktionen mit Salzen über RöntgenstrahlAbsorptionsspektroskopie,“ sieht in den Verfahren der National Academy Of Sciences Und ist für Abonnenten online erhältlich aus. das Papier mit Schwartz Mit-Schreibend, waren Prendergast und Saykally Janel Uejio, Andrew Duffin, Alice England und Daniel Kelly.

Diese Arbeit an der Molekularen Gießerei und an der Fortgeschrittenen Lichtquelle wurde durch das Büro der DAMHIRSCHKUH der Wissenschaft unterstützt. Computerbetriebsmittel wurden von NERSC, ein DAMHIRSCHKUH fortgeschrittenes wissenschaftliches Datenverarbeitungsforschungsleistungsmerkmal bereitgestellt.

Die Molekulare Gießerei ist eins der fünf DAMHIRSCHKUH Nanoscale-Wissenschafts-Forschungszentren (NSRCs), die nationalen Leistungsmerkmale für interdisziplinäre Forschung am nanoscale, unterstützt durch das DAMHIRSCHKUH Büro der Wissenschaft. Zusammen enthalten das NSRCs eine Reihe von den ergänzenden Teildiensten, die Forscher mit hochmodernen Fähigkeiten versehen, um zu fabrizieren, aufzubereiten, zu kennzeichnen und vorbildlichen nanoscale Materialien, und die größte Infrastruktur-Investition der Nationalen Nanotechnologie-Initiative festzusetzen. Das NSRCs befinden sich beim Argonne der DAMHIRSCHKUH, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge und Sandia und Los Alamos Nationale Laboratorien. Zu mehr Information über die DAMHIRSCHKUH NSRCs, besuchen Sie bitte http://nano.energy.gov.

Berkeley-Labor ist ein US-Energieministeriumnationales laboratorium, das in Berkeley, Kalifornien gelegen ist. Es leitet nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung und wird von University of California gehandhabt. Besichtigen Sie unsere Website bei http://www.lbl.gov.

Last Update: 12. January 2012 05:21

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