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

Nano-Sized Jaws pode levar a sensores mais poderosos e ferramentas de diagnóstico

Published on July 21, 2008 at 2:11 PM

Berkeley Lab cientistas desenvolveram um pacote de tamanho nano polímero sintético que pode dobrar ao meio e prender uma molécula de zinco entre suas mandíbulas, um feito primeiro de seu tipo, que imita a forma como as proteínas realizar funções vitais da vida.

A mais proteína-como a estrutura sintética. Cientistas criaram um pacote de tamanho nano polímeros que as metas de zinco, um empreendimento que abre as portas para sensores mais robustos e mais duradouro e produtos farmacêuticos. Neste esquema, um peptoid pinças de dois hélice pacote fechado em uma molécula de zinco, em roxo, o bloqueio da molécula no lugar.

O sucesso dos cientistas em persuadir proteína-como função a partir de um polímero sintético é um passo inicial para o desenvolvimento de nanoestruturas que combinam a precisão de proteínas com a robustez dos materiais não-naturais. Embora muito primitiva para os padrões da natureza, seu pacote de polímero pode levar a sensores de alta precisão capaz de operar em ambientes hostis, ou doença de metas de produtos farmacêuticos que duram mais muito do que as terapias de hoje.

"Estamos usando a natureza como nosso guia para o desenvolvimento funcional, nanoestruturas estáveis", disse Ron Zuckermann, que é o Diretor de Facilidade da Facilidade Nanoestruturas Biológica Molecular Foundry em Berkeley Lab. Zuckermann desenvolveu o pacote de polímero dobrável com Byoung-Chul Lee e Tammy Chu da Divisão do Laboratório de Ciências dos Materiais, e Dill Ken da Divisão do Laboratório de Biociências Física e da Universidade da Califórnia em San Francisco, onde ele é um professor de química farmacêutica.

"Temos um longo caminho a percorrer, mas o objetivo final é fazer útil materiais nano-estruturados que podem funcionar em uma ampla gama de condições", disse Zuckermann.

Não é nenhuma surpresa que Zuckermann e seus colegas estão trabalhando para imitar proteínas. Milhões de anos de evolução revestiu de reconhecimento molecular e capacidades incomparáveis ​​de catálise. Proteínas têm a capacidade de se ligam seletivamente com uma - e apenas um - tipo de molécula. Eles também iniciar as transformações químicas incrivelmente precisos, tais como cortar uma fita de DNA no lugar certo. Se os cientistas podem aproveitar este laser-como alvo a capacidade, eles têm os ingredientes de uma forma incrivelmente poderosa para atacar a doença e detectar compostos.

Mas há um porém. O que as proteínas possuem em precisão, que lhes falta em robustez e estabilidade. Eles estão limitados a temperatura varia estreitas e acidez. Eles exigem uma solução aquosa. E eles degradam ao longo do tempo. Estes inconvenientes limitam sua utilidade. Os cientistas já usam proteínas-alvo patologias na escala molecular, mas as proteínas degradam com o tempo, reduzir sua eficácia. Da mesma forma, um sensor à base de proteínas seria insuperável em farejar contaminantes nocivos, mas não seria capaz de operar em condições de calor, frio ou seco.

"Nosso objetivo é levar a catálise de proteínas e de reconhecimento molecular capacidades, e adicioná-los a um material que é mais robusto e menos propenso a degradação", disse Zuckermann. "As proteínas são precisamente dobrado cadeias lineares de polímeros de aminoácidos. Então pensamos, por que não fazer uma cadeia polimérica semelhante, ligando em conjunto não-aminoácidos naturais? "

Especificamente, sua equipe de pesquisa trabalha com uma cadeia de proteínas como de polímeros chamado de peptoid. Peptóides são estruturas sintéticas que imitam peptídeos, que a natureza utiliza para formar proteínas complexas. Em vez de usar peptídeos para construir as proteínas, no entanto, a equipe de Zuckermann está se esforçando para usar Peptóides para construir estruturas sintéticas que se comportam como proteínas.

Suas incursões iniciais são promissores. Em trabalhos anteriores, eles Peptóides moda, um monômero cuidadosamente colocados de cada vez, em um dos blocos mais úteis da natureza edifício: uma estrutura helicoidal. Eles também ligado duas estruturas hélice em conjunto, utilizando um segmento não-estruturados no meio. E eles foram capazes de dobrar este pacote de duas hélices ao meio, imitando uma mudança na forma que as proteínas usar para conduzir o trabalho.

Mas a estrutura não poderia fazer qualquer um dos truques que as proteínas podem, como uma molécula-alvo. Para dar-lhe esta função, os cientistas estabelecidos para ligar zinco. Eles escolheram o metal zinco, porque muitas unidades os processos biológicos fundamentais, como o reconhecimento de DNA. Se eles pudessem obter o pacote peptoid baseado helicoidal para armadilha de zinco, em seguida, eles teriam imitado com sucesso uma tarefa workhorse realizado por proteínas.

Para dar este salto, eles desenvolveram pacotes helicoidal com zinco-binding resíduos que são precisamente posicionados nas duas extremidades. Eles também acrescentaram marcas fluorescentes em ambas as extremidades, o que permitiu aos cientistas medir quando os feixes de dobra ao meio, prendendo o zinco no lugar. O sistema funcionou: em alguns casos, os pacotes capturados zinco como uma armadilha de aço. Os pesquisadores variaram a posição eo número de zinco-binding resíduos, aprimorando a estrutura para que mais facilmente laços de zinco.

"É um esforço de equipe. Ligação do zinco requer a contribuição de ambas as hélices, eo zinco estabiliza a dobra, firmemente trancando-os no lugar ", disse Zuckermann. "Este é um triunfo de químicos tentando imitar a natureza. É um primeiro passo para ser capaz de adicionar funções biológicas, como o reconhecimento molecular e catálise, a um não-natural de material polimérico dobrada. "

No futuro, Zuckermann e colegas a esperança de construir estruturas mais complexas usando três hélices, o que daria um fold muito mais estável do que duas hélices. Pesquisa dos cientistas é detalhado em um estudo intitulado "Nanoestruturas Biomiméticos: Criando um site de alta afinidade de ligação de zinco em um polímero não-biológicos Dobrado", que foi relatado na 9 de julho de 2008 do jornal da Sociedade Americana de Química. A pesquisa foi financiada em parte pelo Departamento de Energia.

Last Update: 3. October 2011 07:53

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