Ægget i røntgenstrålen:Et kig på, hvad der sker med et æg, når du koger det

Et team af forskere har brugt DESYs røntgenkilde PETRA III til at analysere de strukturelle ændringer, der finder sted i et æg, når du tilbereder det. Værket afslører, hvordan proteinerne i det hvide i et kyllingæg folder sig ud og krydsbinder med hinanden for at danne en fast struktur, når de opvarmes. Deres innovative metode kan være af interesse for fødevareindustrien såvel som for det brede forskningsfelt omkring proteinanalyse. Samarbejde mellem to grupper, ledet af professor Frank Schreiber fra universitetet i Tübingen og professor Christian Gutt fra universitetet i Siegen, med forskere ved DESY og europæiske XFEL rapporterer forskningen i to artikler i tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve .

Æg er blandt de mest alsidige fødevareingredienser. De kan tage form af en gel eller et skum, de kan være forholdsvis faste og også tjene som basis for emulsioner. Ved omkring 80 grader celsius, æggehviden bliver fast og uigennemsigtig. Dette skyldes, at proteinerne i æggehviden danner en netværksstruktur. At studere den nøjagtige molekylære struktur af æggehvide kræver energetisk stråling, såsom røntgenstråler, som er i stand til at trænge igennem den uigennemsigtige æggehvide og har en bølgelængde, der ikke er længere end de strukturer, der undersøges.

Kontrolleret opvarmning

"For at forstå den strukturelle udvikling i detaljer, du skal studere fænomenet på mikrometerskalaen, " forklarer Dr. Nafisa Begam, hovedforfatteren af ​​den første undersøgelse, som er en Alexander von Humboldt -stipendiat i Schreibers gruppe. Forskerne brugte såkaldt røntgenfoton-korrelationsspektroskopi (XPCS) med en specifik geometri, der gjorde det muligt for dem at bestemme strukturen og dynamikken af ​​proteinerne i æggehviden.

Til deres eksperimenter på P10-strålelinjen ved PETRA III brugte forskerne et hønseæg fra et supermarked og fyldte æggehviden i et kvartsrør med en diameter på 1,5 millimeter. "Inde, æggehviden blev opvarmet på en kontrolleret måde, mens vi analyserede den ved hjælp af røntgenstrålerne, " forklarer DESY medforfatter Fabian Westermeier. "Røntgenstrålen blev udvidet til 0,1 gange 0,1 millimeter, at holde strålingsdosis under proteinstrukturenes skadegrænse. "

Eksponentiel netværksdannelse i det tre-minutters æg

Målingerne afslører proteindynamikken i æggehviden over en periode på cirka et kvarter. I løbet af de første tre minutter, proteinnetværket voksede eksponentielt, når et plateau efter cirka fem minutter, hvor der stort set ikke blev dannet flere proteinforbindelser. På dette tidspunkt, den gennemsnitlige maskestørrelse for proteinnetværket var ca. 0,4 mikrometer (tusindedele af en millimeter).

I den anden undersøgelse, holdet brugte XPCS-teknikken til at undersøge selvorganiseringen af ​​proteinopløsninger i domæner med, henholdsvis, høj og lav proteinkoncentration, som eksempel på strukturdannelse i cellebiologi. I processen, de var i stand til at følge den temperaturafhængige dynamik over tid. "Ved høje proteintætheder, mobiliteten falder, hvilket bremser faseadskillelsen. Dette er vigtigt for systemets særlige dynamik, "rapporterer hovedforfatter Anita Girelli fra Schreibers gruppe.

Undersøgelserne, som blev finansieret af det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning (BMBF), ikke kun afsløre nye detaljer om de strukturelle ændringer, der sker i æggehvider, men også bevise det eksperimentelle koncept, som også kan bruges til andre prøver, som vist i den anden undersøgelse. "Med succes at anvende røntgenfoton-korrelationsspektroskopi åbner en ny måde at studere dynamikken i biomolekyler på, hvilket er afgørende, hvis vi skal forstå dem ordentligt, "Kommentarer fra Schreiber.