Posted in | Nanoanalysis

Berkeley Lab επιστήμονες αποκαλύπτουν Path να κρυστάλλωσης πρωτεϊνών

Published on September 22, 2010 at 8:47 PM

Με τη συναρμολόγηση ενός κρυσταλλική φάκελο γύρω από ένα κύτταρο, στα επιφανειακά στρώμα (S-layer) πρωτεϊνών που χρησιμεύουν ως το πρώτο σημείο επαφής μεταξύ των βακτηρίων, ακρόφιλα και άλλα είδη μικροβίων και του περιβάλλοντός τους.

Τώρα, οι επιστήμονες στο Μοριακό Χυτήριο, μια νανοεπιστημών εγκατάσταση χρήστη στο Berkeley Lab , έχουν χρησιμοποιηθεί μικροσκοπία ατομικής δύναμης για την εικόνα σε πραγματικό χρόνο πώς S-στρώμα πρωτεϊνών που σχηματίζουν κρυστάλλους σε ένα κελί-όπως το περιβάλλον. Αυτή η άμεση παρατήρηση του συνέρχεσθαι πρωτεΐνης θα μπορούσε να προσφέρει στους ερευνητές με την εικόνα για το πώς οι μικροοργανισμοί εξορκίσει τα αντιβιοτικά ή κλείδωμα του διοξειδίου του άνθρακα σε ορυκτά.

(Από αριστερά) Sungwook Chung, Seong-Ho Shin, James DeYoreo και Carolyn Bertozzi με Μοριακής Foundry Berkeley Lab, έχουν χρησιμοποιηθεί μικροσκοπία ατομικής δύναμης για να μελετήσει τον τρόπο με βακτηριακή επιφάνεια-στρώμα πρωτεϊνών που σχηματίζουν κρυστάλλους σε ένα κελί-όπως το περιβάλλον. (Φωτογραφία από τον Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Δημοσίων Υποθέσεων).

«Πολλές πρωτεΐνες αυτο-συναρμολόγηση σε πολύ διέταξε δομές που παρέχουν οργανισμοί με κρίσιμες λειτουργίες, όπως η προσκόλληση των κυττάρων σε επιφάνειες, μετατροπή του CO2 σε ορυκτά, η διάδοση της νόσου, και αντίστασης στα φάρμακα," είπε ο James DeYoreo, αναπληρωτής διευθυντής της Μοριακής χυτηρίου. «Το έργο αυτό είναι η πρώτη που παρέχει μια άμεση μοριακό επίπεδο ενόψει της οδού συναρμολόγησης in vitro. Μόλις αυτή η γνώση μπορεί να επεκταθεί σε συναρμολόγηση σε ένα ζωντανό σύστημα, μπορεί να οδηγήσει σε στρατηγικές για την αξιοποίηση ή παρεμβαίνει με αυτές τις λειτουργίες. "

Ξετυλίγοντας το μονοπάτι για την S-layer σχηματισμός επιτρέπει στους επιστήμονες να διερευνήσει τον τρόπο με βακτήρια ή άλλα μικρόβια διαπραγματεύονται αλληλεπιδράσεων με το περιβάλλον τους. DeYoreo και τους συναδέλφους που απασχολούνται σε situ μικροσκοπία ατομικής-μια δύναμη τεχνική στέλεχος που χρησιμοποιείται για τη μελέτη επιφάνεια ενός κρυστάλλου στο φυσικό περιβάλλον της, με ατομική ακρίβεια-για να παρακολουθήσουν S-στρώμα πρωτεϊνών που συγκεντρώνουν από τη λύση πάνω σε μια επίπεδη, βιολογική μεμβράνη ονομάζεται διπλοστιβάδα λιπιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική παραγωγή κρυστάλλων, στην οποία τα άτομα σε μορφή διέταξε «σπόροι» και αυξάνονται σε μέγεθος, η ομάδα έδειξε S-στρώμα πρωτεϊνών που αποτελούν αδόμητα σταγόνες στο διπλοστιβάδες πριν από τη μετατροπή της σε μια κρυσταλλική δομή κατά τη διάρκεια του λεπτά.

"Μπορούμε να δούμε στην πραγματικότητα αυτών των πρωτεϊνών από λύση κολλήσουν και τακτοποίηση στο διπλοστιβάδες λιπιδίων όπου συμπυκνώνονται αυθόρμητα σε πολλές πρωτεΐνες σταγόνες-τότε, λεπτά αργότερα, θα μεταμορφωθεί σε μια κρυστάλλινη δομή με ένα τετράγωνο πλέγμα των τετραμερή», δήλωσε ο Sungwook Chung, ένα προσωπικό επιστήμονας στο Τμήμα Φυσικής Biosciences και χρήστη στο μοριακό Χυτήριο. «Πρόκειται για μια σημαντική ανακάλυψη, καθώς δίνει άμεση απόδειξη για πολλαπλά στάδια, οδός συναρμολόγηση με ένα ενδιάμεσο, άμορφη φάση να σχηματίζονται πριν από δίπλωμα σε ένα δισδιάστατο, κρυσταλλική πίνακα."

Χυτήριο μεταδιδακτορικός ερευνητής Seong-Ho Shin, σε συνεργασία με Foundry Διευθυντής Carolyn Bertozzi, λέει η κατανόηση του πώς S-στρώματα αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους θα μπορούσε να βοηθήσει στην αναγνώριση πώς οι οργανισμοί αντιστέκονται αντιβακτηριακά φάρμακα, ή το πώς τα μικρόβια σειρά του διοξειδίου του άνθρακα σε στερεά ανθρακικά άλατα. Μεταξύ των πρώτων πρωτεϊνικών δομών που θα χρησιμοποιηθούν για την οργάνωση νανοδομών, S-στρώματα είναι επίσης ελκυστικά υλικά πρότυπο ικρίωμα για την καλλιέργεια ή την οργάνωση νανοσύρματα ή κβαντικές τελείες.

Σε μια μελέτη που εμπνέεται από το έργο αυτό, Foundry προσωπικό επιστήμονας Steve Whitelam χρησιμοποιούνται μοντέλα του υπολογιστή για να διερευνήσει μονοπάτια κρυστάλλωση των πρωτεϊνών μοντέλο S-layer. Όπως πρωτεΐνες μοντέλο αντιμετωπίζουν ο ένας τον άλλο, μπορεί να μείνουμε ενωμένοι σε κάθε γωνία με την οποία συγκρούονται (διαμεσολαβείται από μη ειδικές αλληλεπιδράσεις), ή να δεσμεύσει με το σωστό προσανατολισμό που απαιτείται για το σχηματισμό κρυστάλλων (με τη μεσολάβηση κατεύθυνσης αλληλεπιδράσεις).

Με τη ρύθμιση αυτών των αλληλεπιδράσεων, Whitelam προσδιορίζονται καθεστώτα παράμετρο μέσα στο οποίο αδόμητων σταγόνες των πρωτεϊνών μορφή πριν από την κρυστάλλωση. Ψάχνοντας μέσα στο χώρο των παραμέτρων, βρήκε κρύσταλλα συχνά αποτελούν περισσότερο αξιόπιστα εάν πρωτεΐνες μοντέλο αλληλεπιδρούσαν κατευθυνόμενης και nonspecifically, και όχι μέσω κατεύθυνσης αλληλεπίδραση και μόνο. Επιπλέον, προσθέτει, τα ευρήματα αυτά μπορεί να ισχύουν για διάφορα είδη υλικών.

«Πολλοί βιολογικών και ανόργανων υλικών συναρμολόγηση και κρυσταλλώνει μέσω ενδιάμεσων σταδίων που συχνά άμορφο", δήλωσε ο Whitelam, ο οποίος είναι στην θεωρία του χυτηρίου των Νανοδομημένα διευκόλυνσης Υλικών. "Η ανάπτυξη ενός μοριακού μοντέλου της κρυστάλλωσης σε ένα συγκεκριμένο σύστημα μας βοηθά να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς της κρυστάλλωσης σε γενικές γραμμές."

Δύο έγγραφα αναφοράς αυτής της έρευνας με τίτλο, "Self-καταλύτη της ανάπτυξης των S-στρώματα μέσω άμορφη-to-κρυσταλλικά μετάβαση περιορίζονται με την αναδίπλωση κινητική," (Chung, Shin, Bertozzi, DeYoreo) που εμφανίζεται στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών και " Έλεγχος των οδών και των αποδόσεων της κρυστάλλωσης πρωτεϊνών μέσω της αλληλεπίδρασης των μη ειδικά και συγκεκριμένα αξιοθέατα, "(Whitelam) που εμφανίζεται στο Physical Review Letters, είναι διαθέσιμο στην ηλεκτρονική διεύθυνση (http://www.pnas.org/content/early/2010/09/ 01/1008280107) και (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i8/e088102)

Τα έργα αυτά εκτελούνται κατά τη Μοριακή Χυτήριο και υποστηρίζονται από το Office DOE της επιστήμης.

Last Update: 3. October 2011 06:41

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