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Gli Scienziati Hanno Fatto il Nuovo Indicatore Luminoso sulle Interazioni del Proteina-Sale

Published on August 11, 2010 at 8:36 PM

Per studiare i nanostructures negli ambienti reali, gli scienziati del Laboratorio di Berkeley hanno combinato gli approcci teorici e sperimentali all'occhiata nell'interazione di una proteina con i sali semplici in acqua. Permesso A dal software di simulazione di assorbimento dei raggi x sviluppato alla Fonderia Molecolare del Laboratorio di Berkeley, questi risultati fanno il nuovo indicatore luminoso su come i sali urtano la struttura della proteina al livello atomico.

Le tecniche cristallografiche Tradizionali, quale diffrazione ai raggi X, forniscono un profilo dei materiali ordinati le strutture statiche. Tuttavia, per dinamico o i sistemi complessi in cui la struttura atomica è metodi complessi in evoluzione rapida e sia necessario. Ora, gli scienziati del Laboratorio di Berkeley hanno applicato la spettroscopia di assorbimento dei raggi x per studiare una proteina di modello, la triglicina - un a catena corta di tre molecole dell'amminoacido più semplice, glicina. Simulando lo spettro di assorbimento dei raggi x di questa molecola il gruppo ha manifestazione come la sua catena attorciglia e raddrizza in risposta agli ioni in soluzione.

David Prendergast

“Guardare una molecola in soluzione è come la sorveglianza marionetta-voi può vederla piegare in risposta alla fabbricazione e rottura dei legami idrogeni,„ ha detto David Prendergast, uno scienziato del personale nella Teoria della Funzione di Nanostructures alla Fonderia Molecolare. “Una conoscenza concreta di come gli ioni influenzano questo comportamento viene dal usando le simulazioni di dinamica molecolare, che evidenziano le differenze di struttura persistenti sulle scale cronologiche di nanosecondo. Da questi dati possiamo generare gli spettri di assorbimento dei raggi x che possono poi essere paragonati ai risultati sperimentali.„

In un esperimento specializzato di assorbimento dei raggi x chiamato vicino alla struttura fine di assorbimento dei raggi x della barriera (NEXAFS), i raggi x sono usati per sondare il legame e l'ambiente chimici degli elementi specifici in una molecola o in un nanostructure, quali gli atomi dell'azoto in una molecola della triglicina. Accoppiato con una tecnologia liquida del microjet sviluppata ai Laboratori di Berkeley, NEXAFS precedentemente è stato usato per esaminare come le proteine si dissolvono e cristallizzano in presenza di vari ioni.

Il software di Prendergast può ora simulare i dati di NEXAFS facendo la media una serie di istantanee catturate da una simulazione di dinamica molecolare di una molecola data. Questo software è uno strumento critico per l'interpretazione dei dati di NEXAFS dai sistemi complessi e dinamici, poichè i tempi della sonda in queste misure sono ugualmente lento-secondi piuttosto che nanosecondo-a riveli le differenze strutturali al nanoscale.

“Gli studi Precedenti dal nostro gruppo hanno indicato che lo sviluppo della spettroscopia di assorbimento dei raggi x dei microjets liquidi fornisce nuova ad una sonda atomo sensibile delle interazioni fra gli ioni acquosi, ma è l'arrivo di questa nuova teoria che fornisce la prima dell'interpretazione livella molecolare affidabile di questi dati,„ ha detto Richard Saykally, un chimico del Laboratorio di Berkeley ed il professor di chimica all'Università di California a Berkeley. “Qui vediamo questa nuova combinazione di teoria e di esperimento applicati ad uno dei problemi più importanti in chimica biofisica.„

Prendergast dice che la sua tecnica di dinamica molecolare può essere usata per modellare gli spettri di raggi x di un sistema biologico con la struttura conosciuta per determinare le sue interazioni locali, che cosa la induce a formare una struttura particolare e perché cattura su un particolare conformazione-tutta vicino simulazione delle gamme di serie di diverse istantanee e paragonare ai risultati sperimentali. Queste simulazioni sono informaticamente intensive e contano molto sull'infrastruttura su grande scala di supercomputing fornita dal Centro Di Elaborazione Scientifico Nazionale di Ricerca Energetica Del Laboratorio di Berkeley (NERSC).

“Sebbene questi effetti siano una parte fondamentale della natura, sono ancora capiti male,„ ha detto Craig Schwartz, un ricercatore che lavora con Prendergast e Saykally, di cui il lavoro laureato piombo a questa pubblicazione. “La sensibilità sperimentale di NEXAFS, accoppiata con un'innovazione nella teoria, ci ha dato la nuova comprensione in come queste molecole interagiscono.„

I ricercatori prevedono la domanda da altri gruppi che esplorano le interazioni solvente l'altro o (dell'acqua) come pure sia materiali molli (quali i polimeri) che materiali inorganici (ossidi e superfici di metallo) che sono direttamente pertinenti alle applicazioni energetiche nella catalisi, nella tecnologia della batteria e in photovoltaics. Inoltre, poichè le sorgenti di laser a elettroni liberi dei raggi x diventano disponibili agli scienziati, un insieme di dati sperimentale più ricco sarà a disposizione per aumentare i risultati teorici.

Una segnalazione di carta questa ricerca nominata, “Indagine su conformazione della proteina ed interazioni con i sali via la spettroscopia di assorbimento dei Raggi X,„ sembra negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ed è a disposizione dei sottoscrittori online. Co-Creando il documento con Schwartz, Prendergast e Saykally erano Janel Uejio, Andrew Duffin, Alice Inghilterra e Daniel Kelly.

Questo lavoro alla Fonderia Molecolare ed alla Sorgente Luminosa Avanzata è stato supportato dall'Ufficio della DAINA di Scienza. Le risorse Di Calcolo sono state fornite da NERSC, una funzione di calcolo scientifica dell'utente della ricerca avanzata DAINA.

La Fonderia Molecolare è uno dei cinque Centri di Ricerca di Scienza di Nanoscale della DAINA (NSRCs), impianti nazionali dell'utente per la ricerca interdisciplinare al nanoscale, di supporto dall'Ufficio della DAINA di Scienza. Il NSRCs comprende Insieme una serie gli impianti complementari che forniscono ai ricercatori le capacità avanzate per da costruzione, elaborare, caratterizzare ed i materiali di modello del nanoscale e costituire il più grande investimento dell'infrastruttura dell'Iniziativa Nazionale di Nanotecnologia. Il NSRCs è situato al Argonne della DAINA, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge e Sandia e Laboratori Nazionali di Los Alamos. Per ulteriori informazioni sulla DAINA NSRCs, visualizzi prego http://nano.energy.gov.

Il Laboratorio di Berkeley è un Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il laboratorio nazionale Situato in Berkeley, la California. Conduce la ricerca scientifica non classificata ed è gestito dall'Università di California. Visualizzi il nostro sito Web a http://www.lbl.gov.

Last Update: 12. January 2012 05:23

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