Biologi, materialevidenskab får et boost fra robust billedværktøj

Form og justering er alt. Hvordan stykker i nanometerstørrelse passer sammen i en hel struktur bestemmer, hvor godt en levende celle eller en kunstigt fremstillet enhed klarer sig. En ny metode til at hjælpe med at forstå og forudsige en sådan struktur er ankommet med vellykket brug af et nyt billedværktøj.

Kobling laserdrevet, todimensionel fluorescensbilleddannelse og højtydende computermodellering, et team på seks medlemmer-ledet af University of Oregon-kemiker Andrew H. Marcus og Harvard University-kemiker Alan Aspuru-Guzik-løste konformationen af ​​selvsamlede porfyrinmolekyler i en biologisk membran.

Porfyriner er organiske forbindelser, der er allestedsnærværende i levende ting. De bærer mobile elektriske ladninger, der kan hoppe fra molekyle til molekyle og give mulighed for nanoskala kommunikation og energioverførsel. De er også byggesten i nanodelenheder.

Den nye teknik-fasemodulation 2D fluorescensspektroskopi-er detaljeret i et papir, der er planlagt til at blive vist online i denne uge forud for regelmæssig offentliggørelse i Proceedings of the National Academy of Sciences. Gennembruddet støtter det ofte nødvendige trin for at opnå krystaller af molekyler, der undersøges, sagde Marcus, medlem af Oregon Center for Optics, Materials Science Institute og Institute of Molecular Biology. De fleste funktionelle biologiske molekyler danner ikke let krystaller.

"Vores teknik er en brugbar måde at bestemme, hvordan makromolekylære objekter samler og danner de strukturer, de vil i biologiske miljøer, "Marcus sagde." Det er robust og vil give et middel til at studere biologiske protein-nukleinsyre-interaktioner. "

Der arbejdes allerede på at ændre den eksperimentelle instrumentering i UO's stabile og temperaturkontrollerede High Stability Optics Lab for at anvende forskningen på DNA-replikationsmaskiner-en kategori af de mest kendte makromolekylære komplekser, som består af nukleinsyrer og proteiner, der skal justeres korrekt for at fungere korrekt. "Det er en strategi, der giver os mulighed for at gøre to ting:Se på disse komplekser ét molekyle ad gangen, og udføre eksperimenter med korte ultraviolette bølgelængder for at se på DNA -problemer, " han sagde.

Ud over, metoden bør være nyttig for materialer, forskere stræber efter at forstå og udnytte den nødvendige konformation af polymerer, der bruges til fremstilling af nanoskalaudstyr. "I biologi, store molekyler samles for at danne meget komplekse strukturer, der alle fungerer sammen som en maskine, "Sagde Marcus." Den måde, hvorpå disse nanoskala strukturer dannes og bliver funktionelle, er et aktivt forfulgt spørgsmål. "

Teknikken bygger på tidligere versioner af todimensionel (2D) optisk spektroskopi, der opstod i bestræbelserne på at omgå begrænsninger, der er involveret i anvendelse af røntgenkrystallografi og nuklear magnetisk resonans til sådan forskning. De tidligere 2D -tilgange afhang af påvisning af transmitterede signaler, men manglede den ønskede følsomhed.

Den nye tilgang kan kombineres med enkeltmolekylær fluorescensmikroskopi for at muliggøre forskning på de mindste skalaer til dato, Sagde Marcus. "Med fluorescens, du kan se og måle, hvad der sker et molekyle ad gangen. Vi forventer, at denne tilgang vil give os mulighed for at se på individuelle molekylære samlinger. "