Forskere udvikler en ny metode til at overvåge molekylær aggregering

Chirale molekyler er defineret som molekyler, der ikke kan overlejres på deres spejlbilleder, meget som knoglestrukturen i venstre og højre hånd. Der er mange eksempler på chirale molekyler i naturen, herunder proteiner og deoxyribonukleinsyre (DNA). De dynamiske processer af disse chirale molekyler er meget vigtige for at forstå deres biologiske aktivitet. Ja, proteinaggregering er forbundet med mange patologiske tilstande, herunder Alzheimers sygdom, som er forårsaget af opbygningen af ​​beta-amyloid-fragmenter i hjernen over tid. Dermed, det er vigtigt at forstå og observere en sådan (chiral) molekylær aggregering og konformation over tid.

Aktuelt tilgængelige muligheder for at analysere molekylær konformation omfatter elektronmikroskopi og nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Begge metoder kræver prøveekstraktion under barske forhold, en tidskrævende proces, der kan beskadige prøvens molekylære konformation. Den anden begrænsning for disse metoder er, at det endelige resultat kun vil give forbindelsens konformation på et specifikt tidspunkt.

Denne nye metode involverer aggregerings-annihilation cirkulær dikroisme (AACD) og et velundersøgt chiralt molekyle kaldet 1, 1'-binapthylderivater (BN). Det blev observeret, at CD-signalerne fra BN blev tilintetgjort efter dannelse af BN-aggregater, sandsynligvis på grund af konformationsændringen af ​​1, 1'-binapthylgruppe under aggregeringsprocessen.

I deres arbejde, fire BN-baserede chirale molekyler (henholdsvis P-1 til P-4) blev syntetiseret gennem simple Suzuki-koblingsreaktioner. Polymerer med de "åbne" BN-enheder viste klare tegn på aggregerings-annihileret chiral dikroisme (AACD). Da BN-enhederne var låst, tilintetgørelsen er behersket. Polymererne blev først opløst i et organisk opløsningsmiddel, tetrahydrofuran (THF). Det andet trin involverede tilsætning af vand, et dårligt opløsningsmiddel for polymererne, blev gradvist tilsat til opløsningen, hvilket førte til aggregatdannelse. CD-spektre af de forskellige polymerer blev taget ved forskellige vandfraktioner og analyseret. Denne metode gjorde det muligt for forskere at analysere den molekylære aggregeringsprocessen i realtid.

En molekylær dynamik (MD) simulering af polymererne blev udført i THF og vand for yderligere at undersøge forholdet mellem CD-udslettelse og konformationsændring. Denne model indikerede, at åben P-1 viste en bred fordeling af dihedral vinkel θ, men låst P-3 viste en snæver fordeling. Fra løsning til aggregat, θ i åbne polymerer (P-1 og P-2) bliver mere negativ og en del af konformerne slapper af fra cisoid til transoid. θ i låste polymerer (P-3 og P-4) stiger en smule, og cisoidkonformation bevares under hele aggregeringsprocessen.

"Kombinationen af ​​MD-simulering og analyse af ændringen af ​​CD-coupletintensitet og bølgelængdeopdeling under aggregeringsprocessen er således en tiltalende metode til in-situ og realtidsovervågning af den konformationelle ændring, " sagde HKUSTs prof. Ben-Zhong TANG, der ledede denne forskning.

"Dette er langt billigere, enklere metode til at overvåge konformationelle ændringer i chirale makromolekyler betyder, at vi kan anvende denne metode til at forstå mange biologiske processer lettere, " sagde Dr. Haoke ZHANG, medforfatter til papiret.