激光技术测量纳米尺度的水中蛋白质折叠

时间:2018-07-26 10:32来源:BioOptics World作者:Jucy 点击:
------分隔线----------------------------

摘要:美国国家标准与技术研究院(NIST; Gaithersburg,MD)及其同事的研究人员在纳米尺度上测量了折叠的特征模式,这些模式使蛋白质在水中具有三维(3D)形状。该技术将帮助科学家深入了解生物分子在水环境中的行为,类似于细胞中的生物分子。反过来,这些见解可以增加我们对包括阿尔茨海默氏症在内的主要疾病的认识,这些疾病与蛋白质折叠中的错误有关。 相关:光学成像方法

关键字:激光技术,测量,纳米,尺度,的,水中,蛋白质,

          美国国家标准与技术研究院(NIST; Gaithersburg,MD)及其同事的研究人员在纳米尺度上测量了折叠的特征模式,这些模式使蛋白质在水中具有三维(3D)形状。该技术将帮助科学家深入了解生物分子在水环境中的行为,类似于细胞中的生物分子。反过来,这些见解可以增加我们对包括阿尔茨海默氏症在内的主要疾病的认识,这些疾病与蛋白质折叠中的“错误”有关。


相关:光学成像方法以三维方式绘制阿尔茨海默氏症的蛋白质沉积物

先前建立的用于确定蛋白质构象的技术,例如红外(IR)光谱,缺乏精细的空间分辨率来研究正确折叠和错误折叠的蛋白质的微小和多样的组装。此外,这些技术在水性环境中不能很好地工作,因为水强烈吸收IR光,使分析混乱。水对于一种称为光热诱导共振(PTIR)的开创性技术也提出了严峻挑战,最近使研究人员能够用纳米级分辨率检测空气中的肽结构和构象。

光热诱导共振(PTIR)设置示意图,其中包括红外激光源和原子力显微镜(AFM)悬臂,其尖锐的尖端接触样品并响应样品的光诱导膨胀而振动。 PTIR可以确定具有纳米级分辨率的水中肽(氨基酸链)的折叠模式(称为α-螺旋,β-折叠)。 (图片来源:NIST)


研究人员已经证明,PTIR可以通过两种化学相似的肽(二苯丙氨酸和Boc-二苯丙氨酸)在水中纳米级获得构象结构。 Diphenylalanine与β-淀粉样蛋白有关,β-淀粉样蛋白是一种与阿尔茨海默病相关的粘性较大肽。

PTIR通过将原子力显微镜(AFM)与来自在一定波长范围内工作的IR激光器的光相结合来确定具有纳米级分辨率的材料的化学成分。样品吸收的红外光的特征波长类似于分子指纹,揭示其化学成分。在样品上吸收IR的每个部位,材料会加热,导致材料快速膨胀,但会轻微膨胀。检测到膨胀,AFM的尖锐尖端从悬臂突出,每当样品膨胀时,悬臂就像跳板一样振荡。样品吸收的光越多,其膨胀越大,振荡的强度或振幅越大。

与PTIR一样好,在水环境中使用该方法是有问题的。水强烈吸收红外光,产生吸收信号,干扰识别样品化学结构的努力。此外,由水施加的阻力比在空气中强得多,并且它通常会削弱PTIR信号,因为它强烈地抑制了AFM悬臂的振荡。

为了限制水对红外光的吸收,研究小组在激光和样品之间放置了一个棱镜。棱镜用于将红外光限制在样品表面,最大限度地减少可能泄漏并与水相互作用的量。为了解决阻尼问题,该团队使用的激光器可以在高达2000 kHz的频率下工作。这使得研究人员能够将激光脉冲的频率与悬臂振荡的较高频率之一进行匹配。频率匹配增强了悬臂振荡的幅度,部分抵消了由于水引起的阻尼。

显示地形(顶部)和PTIR吸收图像的原子力显微镜图像显示二苯丙氨酸肽原纤维在水中的组成和构象(底部)。记录肽原纤维吸收的红外辐射光谱的附加数据提供了有关其折叠模式的信息。 PTIR光谱表明,例如,二苯丙氨酸呈现纯的反平行β-折叠构象。 (图片来源:NIST)

为了证明其方法的准确性,研究团队比较了两种环境中的二苯丙氨酸和其他肽样品的PTIR测量:水和空气。 (两种培养基中的肽折叠相似,使得比较更容易。)值得注意的是,科学家在水和空气中实现了类似的空间分辨率和对比度,证明了水环境中的测量可以准确地进行,揭示了水的精确构象。具有纳米级分辨率的肽。
【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------

凡光粒网注明"来源:光粒网"或"来源:www.diodelaser.com.cn"的作品,包括但不限于本网刊载的所有与光粒网栏目内容相关的文字、图片、图表、视频等网上内容,版权属于光粒网和/或相关权利人所有,任何媒体、网站或个人未经光粒网书面授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品;已经书面授权的,应在授权范围内使用,并注明"来源:光粒网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

【免责申明】本文仅代表作者个人观点,与光粒网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

在线投稿有投稿需求的公司企业请直接在线申请,其他项目合作联系 QQ:1965483967 QQ:2644977628 → 在线申请投稿 >
Copyright  ©  2010-2018 diodelaser.com.cn Inc. All rights reserved.光粒网 版权所有
鄂ICP备11013139号-2

鄂公网安备 42018502002510号