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Posted in | Bionanotechnology

Studien-Ergebnisse Erstellen Korrekturlinien für Zukünftige Biomimicry Bemühungen und Nanosynthesis

Published on November 1, 2012 at 8:11 AM

Berkeley-Labor, das findet, dass Proteinfaltungstrichter auch auf Selbstbau zutreffen, sollte biomimicry und nanosynthesis fördern

FLUGHANDBUCH-Mikrograph von 2D S-Schichten baute auf Glimmershows zwei verschiedene Bahnen zu Kristallisation, eine zusammen, in der die domans 2-3 nm höher sind (weiße Kreise). Die Höhenunterschiede, gemessen nach dem punktierten schwarzen Grundsatz, waren das Ergebnis des kinetischen Abfangens. (Bild von der Molekularen Gießerei)

Proteine sind in der Lage, in eine große Auswahl von in hohem Grade bestellten Zellen selbst-zusammenzubauen, die eine verschiedene Reihe Eigenschaften kennzeichnen. Durch biomimicry - die technologische Innovation von Natur aus angespornt - Menschen hoffen Sie, Proteine zu emulieren und unsere eigene Version von selbst-zusammenbauenden Molekülen zu produzieren. Eine Taste zum Durchführen dieses versteht, wie Proteinfaltung - ein Prozess kritisch zum Formular und zur Funktion eines Proteins - von den einzelnen Proteinen zu den komplexen Einheiten erweitert ist.

Forscher mit der US-Abteilung von (DOE) Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie (Berkeley-Labor) haben jetzt gezeigt, dass ein Konzept, das breit als Beschreibung des Falzes eines einzelnen einzelnen Proteins angenommen wird, auch auf den Selbstbau von mehrfachen Proteinen anwendbar ist. Ihre Ergebnisse erstellen wichtige Korrekturlinien für zukünftige biomimicry Bemühungen, besonders für Einheitsfälschung und nanoscale Synthese.

„Wir haben die ersten unmittelbaren Beobachtungen, dass das Konzept eines faltenden Trichters mit Fallen der kinetischen Energie für einzelne Proteine auf die Montage von bestellten Proteinzellen in gleicher Weise zugetroffen werden kann,“ sagen Jim DeYoreo, ein Wissenschaftler mit der Molekularen Gießerei, eine DAMHIRSCHKUH nanoscience Mitte an Berkeley-Labor gemacht, das diese Forschung zusammen mit Berkeley-Laborchemiker Carolyn Bertozzi führte. „Unsere Ergebnisse teilen uns mit, dass diese Bemühungen, die Auslegungsregeln für den Selbstbau von komplexen molekularen Anlagen zu entdecken und zu kodifizieren die Auswirkung von den kinetischen Fallen berücksichtigen müssen, die verbunden sind mit angleichbaren Transformationen.“

DeYoreo und Bertozzi sind die entsprechenden Autoren eines Papiers, das durch die Verfahren der National Academy Of Sciences (PNAS) veröffentlicht wird die über diese Forschung berichteten. Das Papier wird „Unmittelbare Beobachtung von den kinetischen Fallen betitelt, die mit den strukturellen Transformationen verbunden sind, die führen zu mehrfache Bahnen von S-Schicht Einheit.“ das Papier Mit-Schreibend, waren Seong-Ho Shin, Sungwook Chung, Babak Sanii und Luis Comolli.

Proteine sind im Wesentlichen die biomolekularen nanomachines, die zur Ausführung von zahlreichen Aufgaben wegen ihrer Fähigkeit, sich in eine Vielzahl Formen und Formulare zu falten fähig sind. Wenn einzelne Proteine in bestellte Zellen selbst-zusammenbauen, nimmt das resultierende Ensemble häufig Anpassungen an, die von denen der einzelnen Bauteile ziemlich eindeutig sind.

„Zum Beispiel, werden Kollagengrundmassen, die die organischen Gestelle von Knochen und von Zähnen festsetzen, aus Tripelhelixen von einzelnen Kollagenmonomeren hergestellt,“ sagt DeYoreo. „Diese Helixe bauen weiter in in hohem Grade organisierte verdrehte Fäserchen zusammen, die aufweisen eine pseudohexagonal Symmetrie.“

Das faltende Trichterkonzept erklärt einzelne Proteinfaltung aufgrund von angleichbaren Änderungen, um einen Zustand der minimalen freien Energie zu erreichen. Ein aufgeklapptes Protein fängt in einem Zustand der hohen freien Energie an, die seine Anpassung instabil macht. Zuerst gibt es einige mögliche dreidimensionale Anpassungen, die diese freie Energie verringern würden. Jedoch während das Protein beginnt sich zu falten, fängt die freie Energie an abzufallen und die Anzahl von möglichen Anpassungen fängt an, sich wie die schrumpfend Breite eines Trichters zu verringern. Die Unterseite des Trichters wird erreicht, wenn freie Energie herabgesetzt wird und es nur eine erhältliche Anpassung gibt. Als die Absinken der freien Energie jedoch gibt möglicherweise es kinetische Fallen währenddessen, die den faltenden Prozess stoppen und das Protein in teilweise gefalteten Anpassungen anhalten können, bekannt als flüssige Kügelchen und faltende Vermittler, für längere Zeiträume. Schließlich werden diese aufgefangenen angleichbaren Zustände in eine stabile Anpassung umgewandelt, aber die Form und das Formular dieser abschließenden Anpassung wird durch die kinetischen Fallen beeinflußt.

„In einem Proteinfaltungstrichter, werden die Trichterwände, um vorausgesetzt glatt nicht zu sein und die resultierenden Stöße und die Täler definieren kinetische Fallen,“ sagt DeYoreo. „Diese körperliche Abbildung des Faltens ist ausführlich irgendein auf dem einzelnen Molekülniveau erforscht worden, aber ist nicht für Proteinselbstbau in erweiterte Architektur betrachtet worden, selbst wenn angleichbare Transformationen sind wesentliche Bestandteile des Selbstbauprozesses.“

DeYoreo, Bertozzi und ihre Kollegen unternahmen Schritte, um diesen Kenntnisdefizit zu korrigieren, indem sie die Oberflächeschicht (S-Schicht) Proteine studierten, die in eine kristallene Membran um die Einzelzellen von Bakterien und von Archaea selbst-zusammenbauen. Diese äußere Membran dient als der erste Punkt des Kontaktes zwischen der Mikrobe und seiner Umgebung und ist zur Fähigkeit der Mikrobe zu überleben Schlüssel. Unter Verwendung der in-situAtomKraft-Mikroskopie (AFM) taucht die Forscher, die in der Istzeit und am molekularen waagerecht ausgerichteten kinetischen Abfangen während des 2D Selbstbaus von S-Schicht Proteinzellen auf Glimmer abgebildet sind auf.

„Wir beobachteten, dass Selbstbau von S-Schicht Proteinspuren entlang zwei verschiedenen Bahnen, einer, der direkt zu den niederenergetischen abschließenden, bestellten Zustand und das andere Führen zu eine kinetische Falle besetzt durch einen langlebigen vorübergehenden Zustand führt, der zerrütteter ist,“ sagt DeYoreo. „Obgleich jeder Zustand leicht während der Kristallkernbildung zugänglich ist, wenn die Anlage in den energiereichen Zustand fällt, wird Entweichen zum abschließenden, niederenergetischen Zustand stark bei Zimmertemperatur behindert. Dieses zeigt die Bedeutung von kinetischen Fallen, wenn es die Bahn von S-Schicht Kristallisation bestimmt und schlägt, dass das Konzept von faltenden Trichtern ist gleichmäßig gültig für Selbstbau von erweiterten Proteinzellen.“ vor

Quelle: http://www.lbl.gov

Last Update: 1. November 2012 08:54

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