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科学者はタンパク質 - 塩の相互作用に新たな光を当てる

Published on August 11, 2010 at 8:36 PM

実環境でのナノ構造を調べるために、 バークレー研究所の科学者たちは、水の単純な塩とタンパク質の相互作用に垣間見ることの理論的および実験的アプローチを組み合わせている。バークレー研究所の分子ファウンドリーで開発されたX線吸収のシミュレーションソフトウェアで有効になって、これらの知見は、原子レベルでどのように塩の影響を与える蛋白質の構造に新たな光を当てる。

このようなX線回折などの伝統的な結晶学の手法は、静的な構造を持つ秩序物質のプロファイルを提供しています。しかし、原子構造が急速に変化している動的または複雑なシステムのために、より洗練された方法が必要とされている。最も単純なアミノ酸、グリシンの3分子の短鎖 - 今、バークレー研究所の科学者は、モデルタンパク質、トリグリシンを研究するためにX線吸収分光法を適用している。この分子のX線吸収スペクトルをシミュレートすることによって、チームがどのようにそのチェーンのよじれを示しており、溶液中のイオンに反応してまっすぐ。

デビッドプレンダーガスト

"溶液中で分子を見ることは見ているようですマリオネット - あなたはそれが作り、水素結合の切断に対応して曲げ見ることができる、"デビッドプレンダーガスト、分子ファウンドリーでのナノ構造施設の理論のスタッフ科学者は言った。 "イオンは、この動作をどのように影響するかの具体的な知識は、ナノ秒の時間スケールでの構造の永続的な違いを示す分子動力学シミュレーションを、使用してから来ている。このデータから、我々は、実験結果と比較することができるX線吸収スペクトルを生成することができます。"

エッジX線吸収微細構造(NEXAFS)付近と呼ばれる特殊なX線吸収実験では、X線は、分子やナノ構造の特定の要素の化学結合や環境を調べるために使用されている、そのようなトリグリシンの窒素原子などの分子。バークレー研究所で開発された液体マイクロジェット技術と相まって、NEXAFSは、以前はタンパク質が様々なイオンの存在下で溶解し、結晶化方法を検討するために使用されています。

プレンダーガストのソフトウェアは、特定の分子の分子動力学シミュレーションから取得した一連のスナップショットを平均することによりNEXAFSデータをシミュレートすることができます。このソフトウェアは、これらの測定におけるプローブの時間が遅すぎる - 秒ではなくナノ秒にナノスケールでの構造的な違いを明らかにするよりもとして、複雑な、動的なシステムからNEXAFSデータを解釈するための重要なツールです。

"私たちのグループからこれまでの研究では液体マイクロジェットのX線吸収分光法の開発を示している水性のイオン間相互作用の新しい原子に敏感なプローブを提供しますが、それは分子レベルで最初の信頼性を提供するこの新理論の登場です。これらのデータの解釈は、"リチャードSay​​kally、バークレー研究所の化学者およびカリフォルニア大学バークレー校で化学の教授は言う。 "ここでは、生物物理化学で最も重要な問題の一つに適用される理論と実験のこの新しい組み合わせを参照してください。"

プレンダーガストは、彼の分子動力学法をシミュレートすることにより、ローカルインタラクション、どのようにそれが特定の構造を形成するために引き起こす、そしてなぜそれがコンフォメーションのすべての特定にかかるを決定するために、既知の構造と生物学的システムのモデルのX線スペクトルに使用することができるだ個々の一連のスナップショットのスペクトルと実験結果と比較する。これらのシミュレーションは、計算集約型であり、バークレー研究所の国立エネルギー研究科学コンピューティングセンター(NERSC)が提供する大規模なスーパーコンピューティングのインフラに大きく依存しています。

"これらの効果は、自然の基本的な部分ですが、それらはまだよく理解されていない、"クレイグシュワルツ、その卒業作品は、この出版物につながったプレンダーガストとSaykally、を扱う研究者は言った。 "理論的には画期的と相まってNEXAFSの実験的な感度は、、これらの分子が相互作用する方法に私たちに新たな洞察を与えた。"

研究者は、水(または他の溶媒)の相互作用だけでなく、両方のソフト素材(ポリマーなど)、触媒、電池技術におけるエネルギー関連のアプリケーションに直接関連する無機材料(酸化物および金属の表面)の探索、他のグループからの需要を予想すると太陽光発電。 X線自由電子レーザーのソースは科学者に利用可能になるように加えて、、より豊富な実験データセットには、理論的な調査結果を補強するために利用できるようになります。

と題するこの研究を報告する論文は、"X線吸収分光法を経由して塩と蛋白質の立体構造との相互作用の調査は、"全米科学アカデミー紀要に表示され、オンラインで加入者に利用可能です。共同編集シュワルツ紙、プレンダーガストとSaykallyはJanel Uejio、アンドリューダフィン、アリスイングランドとダニエルケリーだった。

分子ファウンドリーと高度な光源で、この作品は、DOE科学局によってサポートされていました。計算リソースがNERSC、DOE高度な科学的なコンピューティングの研究のユーザーの機能によって提供された。

分子ファウンドリーは、DOE科学局によってサポートされる5 DOEナノスケール科学研究センター(NSRCs)、ナノスケールでの学際的な研究のための国家ユーザー施設の一つです。一緒にNSRCsは、製造処理し、特性評価とモデルのナノスケール材料、および国家ナノテクノロジーイニシアティブの最大のインフラ投資を構成するために最先端の機能を研究者に提供する補完的なツールスイートで構成されています。 NSRCsは、DOEのアルゴンヌ、ブルックヘブン国立研究所、ローレンスバークレー、オークリッジとサンディア国立研究所とロスアラモス国立研究所に位置しています。 DOE NSRCsの詳細については、http://nano.energy.govをご覧ください。

バークレー研究所は、バークレー、カリフォルニア州にあるエネルギー国立研究所米国エネルギー省です。それは分類されていない科学的な研究を実施し、カリフォルニア大学によって管理されます。 http://www.lbl.gov当社のウェブサイトをご覧ください。

Last Update: 10. October 2011 01:53

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