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

Berkeley Lab Forskere Avslør Path to Protein Krystallisering

Published on September 22, 2010 at 8:47 PM

Ved å samle en krystallinsk konvolutt rundt en celle, overflate-lag (S-lag) proteiner fungere som den første kontaktpunkt mellom bakterier, extremophiles og andre typer mikrober og deres omgivelser.

Nå, forskere ved Molecular Foundry, en nanovitenskap bruker anlegget ved Berkeley Lab har, brukte atomic force mikroskopi til bilde i sanntid hvordan S-lag proteiner danne krystaller i en celle-lignende miljø. Denne direkte observasjon av protein Forsamlingen kunne gi forskere med innsikt i hvordan mikroorganismer avverge antibiotika eller låse karbondioksid i mineraler.

(Fra venstre) Sungwook Chung, Seong-Ho Shin, James DeYoreo og Carolyn Bertozzi med Berkeley Lab er Molecular Foundry, har brukt atomic force mikroskop for å studere hvordan bakteriell overflate-lags proteiner danne krystaller i en celle-lignende miljø. (Foto: Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs).

"Mange proteiner selv montere inn svært beordret strukturer som gir organismer med kritiske funksjoner, for eksempel celle adhesjon til overflater, transformasjon av CO2 i mineraler, spredning av sykdom, og narkotika motstand", sa James DeYoreo, assisterende direktør for Molecular Foundry. "Dette arbeidet er den første til å gi en direkte molekylært nivå visning av forsamlingen pathway in vitro. Når denne kunnskapen kan utvides til montering i et levende system, kan det føre til strategier for å utnytte eller påvirker disse funksjonene. "

Unraveling vei for S-lag dannelsen tillater forskere å undersøke hvordan bakterier eller andre mikrober forhandle interaksjon med omgivelsene sine. DeYoreo og kolleger ansatt i situ atomic force mikroskopi-en sonde teknikk som brukes til å studere en krystall overflate i sine naturlige omgivelser med atom presisjon-å se S-lag proteiner montere fra løsningen på en flat, biologisk membran kalt en lipid bilayer. I motsetning til klassisk krystall vekst, der atomer skjema til bestilt "frø" og vokse i størrelse, viste teamet S-lag proteiner skjema ustrukturerte blobs på bilayers før forvandle seg til en krystallinsk struktur i løpet av minutter.

"Vi kan faktisk se disse proteinene fra løsningen stikker og arrangering på lipid bilayers der de spontant kondensere til mange protein blobs-da, minutter senere, de forvandle seg til en krystallinsk struktur med et kvadratisk gitter av tetramers," sier Sungwook Chung, en stab vitenskapsmann i Physical biovitenskap divisjon og brukeren ved Molecular Foundry. "Dette er en viktig oppdagelse som det gir direkte bevis for en multi-stage montering veien med en mellomliggende, amorf fase forming før folding i en to-dimensjonal, krystallinsk array."

Foundry postdoktor Seong-Ho Shin, som arbeider med Foundry direktør Carolyn Bertozzi, sier forstå hvordan S-lag samhandler med omgivelsene sine kunne hjelpe i å anerkjenne hvordan organismer motstå antibakterielle legemidler, eller hvordan mikrober slår karbondioksid til solid karbonater. Blant de første protein strukturer som skal brukes til å organisere nanostrukturer, S-lag er også attraktive stillas mal materiale for dyrking eller organisere nanotråder eller kvanteprikker.

I en studie inspirert av dette arbeidet, brukte Foundry personalet forsker Steve Whitelam datamodellering å undersøke krystallisering veier av modell S-lag proteiner. Som modell proteiner møte hverandre, kan de holde sammen til enhver vinkel som de kollidere (mediert av uspesifikke interaksjoner), eller binde seg i riktig retning for å danne en krystall (mediert av retningsbestemt interaksjoner).

Ved å justere disse interaksjoner, identifisert Whitelam parameter regimer innen hvilke ustrukturerte blobs av proteiner skjemaet før krystallisering. Søke gjennom parameter plass, fant han krystaller ofte danne mer pålitelig hvis modell proteiner samhandlet retningsbores og nonspecifically, snarere enn gjennom retningsbestemt samspill alene. Hva mer, legger han til, disse funnene kan gjelde for ulike typer materialer.

"Mange biologiske og uorganiske materialer montere og krystallisere gjennom mellomliggende faser som ofte amorfe," sier Whitelam, som er i Foundry sin Theory of nanostrukturerte materialer Facility. "Utvikling av en molekylær modell av krystallvann i et bestemt system hjelper oss til å forstå mekanismene for krystallisering generelt."

To papers rapportering denne forskningen med tittelen, "Self-katalysert vekst av S-lag via en amorf-til-krystallinske overgang begrenset av folding kinetikk," (Chung, Shin, Bertozzi, DeYoreo) vises i Proceedings of National Academy of Sciences og " Kontroll av stier og gir av protein krystallisering gjennom samspillet av uspesifikke og spesifikke attraksjoner, "(Whitelam) vises i Physical Review Letters, er tilgjengelig online på (http://www.pnas.org/content/early/2010/09/ 01/1008280107) og (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i8/e088102)

Disse arbeidene ble utført ved Molecular Foundry og støttet av DOE Office of Science.

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