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

De nano-gerangschikte Kaken Konden tot Krachtigere Sensoren en Kenmerkende Hulpmiddelen Leiden

Published on July 21, 2008 at 2:11 PM

De wetenschappers van het Laboratorium van Berkeley hebben een nano-gerangschikte synthetische polymeerbundel ontwikkeld die in half kan vouwen en een zinkmolecule tussen zijn kaken opsluiten, een eerste-van-zijn-vriendelijke prestatie die nabootst hoe de proteïnen de levensfuncties van het leven leiden.

Een eiwit-meer als synthetische structuur. De Wetenschappers hebben een nano-gerangschikte polymeerbundel gecreeerd die zink, een ontwikkeling richt die de deur voor ruwere en duurzamere sensoren en geneesmiddelen opent. In dit schema, peptoid sluiten de twee-schroef een bundelklemmen op een zinkmolecule, in purple, op zijn plaats sluitend de molecule.

Het de wetenschappers' succes in het overhalen van eiwit-als functie van een synthetisch polymeer is een eerste stap naar het ontwikkelen van nanostructures die de precisie van proteïnen met de ruwheid van niet natuurlijke materialen combineren. Hoewel zeer primitief door de normen van de aard, kon hun polymeerbundel tot hoogst nauwkeurige sensoren leiden geschikt om in ruwe milieu's te werken, of ziekte-richt geneesmiddelen die veel langer dan de therapie van vandaag duren.

„Wij gebruiken aard als onze gids om functionele, stabiele nanostructures te ontwikkelen,“ bovengenoemde Ron Zuckermann, die de Directeur van de Faciliteit van de Biologische Faciliteit Nanostructures in de Moleculaire Gieterij van het Laboratorium van Berkeley is. Zuckermann ontwikkelde de vouwbare polymeerbundel met byoung-Chul Lee en Tammy Chu van de Afdeling van de Wetenschappen van de Materialen van het Laboratorium, en Dille Ken van de Afdeling van de Biologische Wetenschappen van het Laboratorium Fysieke en de Universiteit van Californië in San Francisco, waar hij een professor van farmaceutische chemie is.

„Wij hebben ver, maar het uiteindelijke doel is nuttige nano-gestructureerde materialen te maken die over een brede waaier van voorwaarden kunnen functioneren,“ bovengenoemde Zuckermann.

Het is geen verrassing die Zuckermann en de collega's werken om proteïnen na te streven. Miljoenen jaren van evolutie hebben hen met onovertroffen moleculaire erkenning en katalysemogelijkheden doordrongen. De Proteïnen hebben de capaciteit selectief om met één - en slechts één - type van molecule te binden. Zij stellen ook ongelooflijk nauwkeurige chemische transformaties, zoals het snijden van een bundel van DNA in enkel de juiste plaats in werking. Als de wetenschappers deze laser-als het richten capaciteit kunnen uitrusten, zij het maken van een ongelooflijk krachtige manier hebben om ziekte aan te vallen en samenstellingen te ontdekken.

Maar er is een hapering. Welke proteïnen in precisie, zij opscheppen ontbreek in ruwheid en stabiliteit. Zij zijn beperkt tot smalle temperatuur en zuurheidswaaiers. Zij vereisen een waterige oplossing. En zij degraderen in tijd. Deze nadelen beperken hun nut. De Wetenschappers gebruiken reeds proteïnen aan doelpathologie bij de moleculaire schaal, maar de proteïnen degraderen in tijd, in bedwang houdend hun doeltreffendheid. Eveneens, zou een sensor op basis van eiwitten bij uit het snuiven van schadelijke verontreinigende stoffen van alle tijden zijn, maar het zou niet in hete, koude, of droge voorwaarden kunnen werken.

„Ons doel is van de proteïnen' te nemen katalyse en moleculair-erkenning mogelijkheden, en hen toe te voegen aan een materiaal dat aan degradatie,“ bovengenoemde Zuckermann ruwer en minder naar voren gebogen is. De „Proteïnen zijn precies gevouwen lineaire polymeerkettingen van aminozuren. Zo dachten wij, waarom een gelijkaardige polymeerketting niet maken door niet natuurlijke aminozuren samen met elkaar te verbinden?“

Specifiek, riepen zijn onderzoeksteam werken met een eiwit-als ketting van polymeren een peptoid. Peptoids is synthetische structuren die peptides nabootsen, die de aard gebruikt om complexe proteïnen te vormen. In plaats van het gebruiken van peptides om proteïnen te bouwen, echter, streeft het team van Zuckermann ernaar om peptoids te gebruiken om synthetische structuren te bouwen die zich als proteïnen gedragen.

Hun aanvankelijke forays zijn belovend. In voorafgaand werk, vormden zij tegelijkertijd peptoids, één zorgvuldig geplaatst monomeer, in één van nuttigste bouwstenen van de aard de: een spiraalvormige structuur. Zij verbonden ook twee schroefstructuren met elkaar samen gebruikend een ongestructureerd segment in het midden. En zij konden deze twee-schroef bundel in half vouwen, nabootsend een verandering in vorm die de proteïnen gebruiken om het werk te leiden.

Maar de structuur kon niet om het even welke trucs doen dat de proteïnen, als doel een molecule kunnen. Om het deze functie te geven, trachten de wetenschappers zink te binden. Zij kozen zink omdat het metaal vele fundamentele biologische processen, zoals de erkenning van DNA aanstuurt. Als zij de op peptoid-gebaseerde spiraalvormige bundel konden ertoe brengen om zink op te sluiten, dan zouden zij met succes een werkpaardtaak nagebootst hebben die door proteïnen wordt uitgevoerd.

Om deze sprong te maken, ontwikkelden zij spiraalvormige bundels met zink-bindende residu's die precies op beide einden worden geplaatst. Zij voegden ook fluorescente markeringen op beide einden toe, die de wetenschappers om toestonden te meten wanneer de bundels in half vouwen, op zijn plaats opsluitend het zink. Het systeem werkte: in sommige gevallen, vingen de bundels zink zoals een staalval. De onderzoekers varieerden de positie en het aantal van zink-bindende residu's, die de structuur knijpen zo het gemakkelijker strikkenzink.

„Het is een teaminspanning. Het Binden van het zink vereist de bijdrage van zowel schroeven, als het zink stabiliseert de vouwen, stevig sluitend het op zijn plaats,“ bovengenoemde Zuckermann. „Dit is een triomf van chemici die aard proberen na te bootsen. Het is een eerste stap naar het kunnen biologische functies, zoals moleculaire erkenning en katalyse, aan een niet natuurlijk gevouwen polymeer materiaal toevoegen.“

In de toekomst, hopen Zuckermann en de collega's om complexere structuren te bouwen gebruikend drie schroeven, die een stabielere vouw dan twee schroeven zouden opbrengen. De wetenschappers' onderzoek is gedetailleerd in een studie getiteld „Biomimetic Nanostructures: Creërend een zink-Bindende Plaats van de hoog-Affiniteit in een Gevouwen Niet-biologisch Polymeer“ dat in 9 Juli, de kwestie van 2008 van het Dagboek van de Amerikaanse Chemische Maatschappij werd gemeld. Het onderzoek werd gesteund voor een deel door het Ministerie van Energie.

Last Update: 14. January 2012 23:22

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