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Posted in | Nanoanalysis

Les Scientifiques Ont Jeté la Lumière Neuve sur des Interactions de Protéine-Sel

Published on August 11, 2010 at 8:36 PM

Pour étudier des nanostructures dans les environnements réels, les scientifiques de Laboratoire de Berkeley ont combiné théorique et des approches expérimentales à l'aperçu dans l'interaction d'une protéine avec des sels simples dans l'eau. Activé par le logiciel de simulation d'absorption de rayon X développé à la Fonderie Moléculaire du Laboratoire de Berkeley, ces découvertes jettent la lumière neuve sur la façon dont les sels influencent la structure des protéines au niveau atomique.

Les techniques cristallographiques Traditionnelles, telles que la diffraction des rayons X, fournissent à un profil des matériaux commandés les structures statiques. Cependant, pour les systèmes dynamiques ou complexes en lesquels la structure atomique est des méthodes en pleine mutation et plus sophistiquées soyez nécessaire. Maintenant, les scientifiques de Laboratoire de Berkeley ont appliqué la spectroscopie d'absorption de rayon X pour étudier une protéine modèle, la triglycine - un à chaîne courte de trois molécules de l'acide aminé le plus simple, glycine. En simulant le spectre d'absorption du rayon X de cette molécule l'équipe a l'exposition comment son réseau plisse et se redresse en réponse aux ions en solution.

David Prendergast

La « Observation d'une molécule est en solution comme l'observation marionnette-vous peut la voir courber en réponse à effectuer et se briser des liaisons hydrogènes, » a dit David Prendergast, un scientifique de personnel dans la Théorie d'Installation de Nanostructures à la Fonderie Moléculaire. « Une connaissance concrète de la façon dont les ions influencent ce comportement vient d'utiliser les simulations de dynamique moléculaire, qui affichent des différences persistantes en structure sur des calendriers de nanoseconde. De ces données nous pouvons produire des spectres d'absorption de rayon X qui peuvent alors être avec des résultats expérimentaux. »

Dans une structure fine de rayon X d'absorption d'expérience d'arête d'absorption proche appelée spécialisée de rayon X (NEXAFS), des rayons X sont employés pour sonder la métallisation et l'environnement chimiques des éléments particuliers dans une molécule ou un nanostructure, tel que les atomes d'azote dans une molécule de triglycine. Ajouté à une technologie liquide de microjet développée aux Laboratoires de Berkeley, NEXAFS a été précédemment employé pour examiner comment les protéines dissolvent et se cristallisent en présence des ions variés.

Le logiciel de Prendergast peut maintenant simuler des données de NEXAFS en faisant la moyenne d'une suite d'instantanés pris d'une simulation de dynamique moléculaire d'une molécule donnée. Ce logiciel est un outil critique pour interpréter des données de NEXAFS des systèmes complexes et dynamiques, car les temps de sonde dans ces mesures sont trop des lent-secondes plutôt que nanoseconde-à indiquez les différences structurelles au nanoscale.

« Les études Précédentes de notre groupe ont affiché que le développement de la spectroscopie d'absorption de rayon X des microjets liquides fournit une sonde atome-sensible neuve des interactions entre les ions aqueux, mais c'est l'avènement de cette théorie neuve qui fournit la première traduction fiable de niveau moléculaire de ces données, » a dit Richard Saykally, un pharmacien de Laboratoire de Berkeley et professeur de chimie à l'Université de Californie chez Berkeley. « Ici nous voyons cette combinaison neuve de théorie et expérimentons appliqué à un des problèmes les plus importants en chimie biophysique. »

Prendergast dit que sa technique de dynamique moléculaire peut être employée pour modéliser des spectres des rayons X d'un système biologique avec la structure connue pour déterminer ses interactions locales, ce qui la fait former une structure particulière, et pourquoi il prend sur un détail conformation-toute par simulation des spectres d'une suite de différents instantanés et rivaliser avec des résultats expérimentaux. Ces simulations sont comportant de nombreux calculs et se fondent fortement sur l'infrastructure de grande puissance de superinformatique fournie par le Centre Calculant Scientifique National De la Recherche En Matière D'énergie du Laboratoire de Berkeley (NERSC).

« Bien Que ces effets sont une première partie de nature, ils sont encore mal compris, » a dit Craig Schwartz, un chercheur travaillant avec Prendergast et Saykally, dont le travail licencié a mené à cette publication. « La sensibilité expérimentale de NEXAFS, ajoutée à une découverte dans la théorie, nous a donné l'analyse neuve dans la façon dont ces molécules agissent l'un sur l'autre. »

Les chercheurs anticipent la demande d'autres groupes explorant des interactions de l'eau (ou tout autre solvant), ainsi que les matériaux mous (tels que des polymères) et les matériaux minéraux (des oxydes et des surfaces métalliques) qui sont directement appropriés aux applications énergétiques dans la catalyse, la technologie de batterie et le photovoltaics. De plus, car les sources de laser à électrons libres de rayon X deviennent disponibles aux scientifiques, un positionnement plus riche de données expérimentales sera disponible pour augmenter des découvertes théoriques.

Un enregistrement de papier cette recherche intitulée, « Enquête sur la conformation de protéine et interactions avec des sels par l'intermédiaire de la spectroscopie d'absorption de Rayon X, » semble dans les Démarches de l'Académie Nationale des Sciences et est à la disposition des abonnés en ligne. Co-Écrivant le papier avec Schwartz, Prendergast et Saykally étaient Janel Uejio, Andrew Duffin, Alice Angleterre et Daniel Kelly.

Ce travail à la Fonderie Moléculaire et à la Source Lumineuse Avancée a été supporté par le Bureau de la DAINE de la Science. Des moyens De Calcul ont été fournis par NERSC, une installation calculante scientifique d'utilisateur avancée par DAINE de recherches.

La Fonderie Moléculaire est l'un des cinq Centres de Recherche de la Science de Nanoscale de DAINE (NSRCs), installations nationales d'utilisateur pour la recherche interdisciplinaire au nanoscale, supportées par le Bureau de DAINE de la Science. Ensemble le NSRCs comportent une suite des installations complémentaires qui fournissent à des chercheurs des capacités de pointe pour fabriquer, traiter, caractériser et des matériaux modèles de nanoscale, et constituer le plus grand investissement d'infrastructure de l'Initiative Nationale de Nanotechnologie. Le NSRCs sont situés chez Argonne de la DAINE, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge et Sandia et Laboratoires Nationaux de Los Alamos. Pour plus d'informations sur la DAINE NSRCs, visitez s'il vous plaît http://nano.energy.gov.

Le Laboratoire de Berkeley est un laboratoire national de Département de l'Énergie des États-Unis situé dans Berkeley, la Californie. Il conduit la recherche scientifique sans classification et est managé par l'Université de Californie. Visitez notre site Web chez http://www.lbl.gov.

Last Update: 12. January 2012 05:19

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