Ny teknik muliggør rumlig adskillelse af peptidstrukturer

Et team af forskere ved DESY og Universität Hamburg har nået endnu en milepæl i retning af direkte billeddannelse af individuelle biomolekyler:gruppen ledet af Jochen Küpper fra Center for Free-Electron Laser Science udviklede en ny eksperimentel teknik, der muliggør adskillelse af forskellige peptidstrukturer i for at analysere og afbilde dem separat. Forskerne rapporterer deres metode, som i sidste ende kan anvendes i forskellige eksperimenter, i det videnskabelige tidsskrift Angewandte Chemie International Edition .

Peptider er en slags kort version af proteiner, livets arbejdsheste. Proteiner dækker en lang række funktioner i organismen:De regulerer funktionaliteten af ​​levende celler og er ansvarlige, for eksempel, til reproduktion af celler eller transport af ilt. Denne omfattende funktionalitet aktiveres af deres unikke tredimensionelle struktur. Ændringer i denne struktur kan dramatisk ændre proteinfunktionen, muligvis endda føre til alvorlige sygdomme. Den tredimensionelle proteinstruktur bestemmes ikke kun af sekvensen af ​​aminosyrer, men også ved intra-molekylære interaktioner såsom hydrogenbinding mellem forskellige dele af molekylet.

En aktuel metode til at studere sådanne interaktioner i detaljer er at studere isolerede små peptider, det er kæder af enkelte aminosyrer, i gasfasen. Imidlertid, selv enkelte aminosyrer og små peptider kan indrette sig i forskellige tredimensionelle strukturer, såkaldte konformere. Denne kendsgerning gør en detaljeret analyse af disse vigtige biomolekylære byggesten ret kompliceret, da teknikker såsom røntgendiffraktion kræver identiske 3-dimensionelle strukturer for at producere strukturelle data ved atomopløsning.

"Vores mål var derfor at udvikle nye eksperimentelle teknikker, der producerer peptidprøver i gasfasen med identiske 3-dimensionelle strukturer, "siger Nicole Teschmit fra cluster of excellence CUI (Center for Ultrafast Imaging) ved Universität Hamburg, første forfatter til undersøgelsen. Teamet brugte laserdesorption til at producere meget kolde molekylære stråler af intakte dipeptidmolekyler, som derefter blev identificeret ved laserspektroskopi. Ved minus 271 grader Celsius, de forskellige konformere interkonverterer ikke længere i sådan en kold molekylær stråle. For at rumligt adskille de forskellige strukturer, forskerne brugte stærke elektriske felter, der interagerer med de specifikke dipolmomenter i de forskellige konformere og afbøj dem til forskellige strækninger. Med denne metode lykkedes det nu forskerne fuldstændigt rumligt at adskille de to konformere af det prototypiske dipeptid Ac-Phe-Cys-NH ₂ og fremstilling af rene prøver af enten conformer i gasfasen.

"Det lykkedes for første gang at demonstrere kolde molekylære stråler af conformer-udvalgte peptider. Sådanne prøver vil muliggøre analyse af conformerspecifikke processer med generelle teknikker, som normalt ikke kan skelne mellem strukturer, "siger medforfatter Daniel Horke. Endvidere siger de lave temperaturer i de genererede molekylære ensembler giver mulighed for stærkt fixering af molekylerne i rummet. Dette er en forudsætning for optagelse af atomopløste billeder af biomolekyler, som Küpper påpeger:"Vores metode er en milepæl på vejen mod en direkte strukturel billeddannelse af biologiske molekyler."