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

Para ilmuwan Shed Cahaya Baru di Interaksi Protein-Garam

Published on August 11, 2010 at 8:36 PM

Untuk mempelajari struktur nano di lingkungan nyata, Berkeley Lab para ilmuwan telah gabungan pendekatan teoretis dan eksperimental untuk melihat ke dalam interaksi protein dengan garam sederhana dalam air. Diaktifkan oleh x-ray penyerapan perangkat lunak simulasi dikembangkan di Berkeley Lab Molekuler Foundry, temuan ini memberikan penerangan baru tentang bagaimana struktur dampak garam protein pada tingkat atom.

Teknik kristalografi tradisional, seperti difraksi sinar-x, menyediakan profil bahan dipesan dengan struktur statis. Namun, untuk sistem dinamis atau kompleks di mana struktur atom berubah dengan cepat, metode yang lebih canggih diperlukan. Sekarang, Berkeley Lab para ilmuwan telah menerapkan x-ray spektroskopi penyerapan untuk mempelajari protein model, triglycine - sebuah rantai pendek dari tiga molekul dari asam amino yang paling sederhana, glisin. Dengan mensimulasikan x-ray spektrum absorpsi molekul ini tim telah menunjukkan bagaimana rantainya Kinks dan luruskan dalam menanggapi ion dalam larutan.

David Prendergast

"Menonton molekul dalam larutan adalah seperti menonton boneka-Anda dapat melihatnya lentur dalam menanggapi untuk membuat dan memecahkan ikatan hidrogen," kata David Prendergast, seorang ilmuwan staf di Teori struktur nano Fasilitas di Foundry Molekuler. "Sebuah pengetahuan konkret tentang bagaimana ion mempengaruhi perilaku ini berasal dari menggunakan simulasi dinamika molekul, yang menunjukkan perbedaan terus-menerus dalam struktur pada skala waktu nanodetik. Dari data ini kita dapat menghasilkan x-ray spektrum absorpsi yang kemudian dapat dibandingkan dengan hasil eksperimen. "

Dalam sebuah percobaan penyerapan sinar-x khusus yang disebut dekat tepi x-ray penyerapan struktur halus (NEXAFS), x-ray digunakan untuk menyelidiki ikatan kimia dan lingkungan elemen tertentu dalam molekul atau struktur nano, seperti atom nitrogen dalam triglycine molekul. Ditambah dengan teknologi MicroJet cair yang dikembangkan di Berkeley Labs, NEXAFS sebelumnya telah digunakan untuk meneliti bagaimana protein larut dan mengkristal di hadapan berbagai ion.

Software Prendergast sekarang dapat mensimulasikan data yang NEXAFS oleh rata-rata serangkaian foto yang diambil dari sebuah simulasi dinamika molekul molekul tertentu. Perangkat lunak ini adalah alat penting untuk menginterpretasikan data NEXAFS dari kompleks, sistem dinamis, seperti kali probe dalam pengukuran ini terlalu lambat-detik daripada nanodetik-untuk mengungkapkan perbedaan struktural pada skala nano.

"Penelitian sebelumnya dari kelompok kami telah menunjukkan perkembangan x-ray spektroskopi penyerapan microjets cair menyediakan probe atom-sensitif baru interaksi antara ion air, tetapi munculnya teori baru yang menyediakan handal pertama tingkat molekuler interpretasi data ini, "kata Richard Saykally, Berkeley Lab kimia dan profesor kimia di University of California di Berkeley. "Di sini kita melihat kombinasi baru dari teori dan percobaan diterapkan pada salah satu masalah yang paling penting dalam kimia biofisik."

Prendergast mengatakan dinamika molekul nya teknik yang dapat digunakan untuk model x-ray spektrum sistem biologis dengan struktur yang dikenal untuk menentukan interaksi lokal, apa penyebabnya membentuk struktur tertentu, dan mengapa dibutuhkan pada konformasi tertentu-semua dengan mensimulasikan Spektrum dari serangkaian foto individu dan membandingkan dengan hasil eksperimen. Ini simulasi komputasi intensif dan sangat bergantung pada infrastruktur superkomputer skala besar diberikan oleh Energi Nasional Penelitian Berkeley Lab Ilmiah Computing Center (NERSC).

"Meskipun efek ini adalah bagian fundamental dari alam, mereka masih kurang dipahami," kata Craig Schwartz, seorang peneliti bekerja dengan Prendergast dan Saykally, yang lulusan bekerja menyebabkan publikasi ini. "Sensitivitas eksperimen NEXAFS, ditambah dengan terobosan dalam teori, memberi kita wawasan baru bagaimana molekul berinteraksi."

Para peneliti mengantisipasi permintaan dari kelompok lain menjelajahi air (atau lainnya pelarut) interaksi, serta kedua material lunak (seperti polimer) dan bahan anorganik (oksida dan permukaan logam) yang secara langsung relevan dengan aplikasi yang terkait dengan energi di katalisis, teknologi baterai dan photovoltaics. Selain itu, sebagai x-ray sumber laser elektron bebas tersedia untuk ilmuwan, sebuah percobaan yang lebih kaya kumpulan data akan tersedia untuk menambah temuan teoritis.

Sebuah paper pelaporan penelitian ini berjudul, "Investigasi konformasi protein dan interaksi dengan garam melalui X-ray spektroskopi penyerapan," muncul dalam Prosiding National Academy of Sciences dan tersedia untuk pelanggan secara online. Co-authoring kertas dengan Schwartz, Prendergast dan Saykally yang Janel Uejio, Andrew Duffin, Alice Inggris dan Daniel Kelly.

Ini bekerja di Light Source Molekuler Foundry dan Advanced didukung oleh Kantor DOE Science. Sumber daya komputasi yang disediakan oleh NERSC, DOE canggih ilmiah komputasi penelitian pengguna fasilitas.

Foundry molekuler adalah salah satu dari lima Nanoscale Science Research DOE (NSRCs), pengguna fasilitas nasional untuk penelitian interdisipliner di skala nano, didukung oleh DOE Office of Science. Bersama NSRCs terdiri dari suite fasilitas pelengkap yang menyediakan peneliti dengan negara-of-the-art kemampuan untuk mengarang, proses, karakterisasi dan model bahan nano, dan merupakan investasi infrastruktur terbesar Inisiatif Nanoteknologi Nasional. NSRCs berlokasi di DOE Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge dan Sandia dan Los Alamos National Laboratories. Untuk informasi lebih lanjut tentang NSRCs DOE, silakan kunjungi http://nano.energy.gov.

Berkeley Lab adalah Departemen Energi AS laboratorium nasional yang berlokasi di Berkeley, California. Ini melakukan penelitian ilmiah tidak berbintang dan dikelola oleh University of California. Kunjungi website kami di http://www.lbl.gov.

Last Update: 5. October 2011 20:38

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