Fysikere rapporterer om nanoteknologisk bedrift med proteiner

(PhysOrg.com) -- UCLA-fysikere har lavet nanomekaniske målinger af hidtil uset opløsning på proteinmolekyler.

De nye målinger, af UCLA fysikprofessor Giovanni Zocchi og tidligere UCLA fysikstuderende Yong Wang, er cirka 100 gange højere i opløsning end tidligere mekaniske målinger, en nanoteknologisk bedrift, der afslører et isoleret proteinmolekyle, overraskende, er hverken et fast stof eller en væske.

"Proteiner er livets molekylære maskiner, de molekyler vi er lavet af, " sagde Zocchi. "Vi har fundet ud af, at nogle gange opfører de sig som et fast stof og nogle gange som en væske.

"Faststoffer har en form, mens væsker flyder - til simple materialer ved lave belastninger. til komplekse materialer, eller store belastninger, adfærden kan være midt imellem. Udsat for mekaniske kræfter, et materiale kan være elastisk og lagre mekanisk energi (simpelt fast stof), tyktflydende og sprede mekanisk energi (simpel væske), eller viskoelastisk og både lagrer og spreder mekanisk energi (komplekst fast stof, kompleks væske). Den viskoelastiske adfærd, der er karakteristisk for mere komplekst stof, var ikke blevet tydeligt set før på isolerede proteiner, fordi mekaniske målinger har en tendens til at ødelægge proteinerne."

Zocchi og Wangs nye nanoteknologiske metode tillod dem at påføre spændinger og undersøge proteinets mekanik uden at ødelægge det. Wang, nu fysik-postdoc ved University of Illinois i Urbana-Champaign, og Zocchi opdagede en "overgang til et viskoelastisk regime i den mekaniske respons" af proteinet.

"Under overgangen, proteinet reagerer elastisk, som en fjeder, " sagde Zocchi. "Over overgangen, proteinet flyder som en tyktflydende væske. Imidlertid, overgangen er reversibel, hvis spændingen fjernes. Funktionelle konformationelle ændringer af enzymer (ændringer i formen af ​​molekylet) skal typisk fungere på tværs af denne overgang."

Målingerne blev udført på enzymet guanylatkinase, eller GK, et medlem af en essentiel klasse af enzymer kaldet kinaser. Specifikt, GK overfører en fosfatgruppe fra ATP (cellens universelle "brændstof") til GMP, producerer BNP, en væsentlig metabolisk komponent, sagde Zocchi.

Undersøgelsen om karakteriseringen af ​​den "viskoelastiske overgang" er rapporteret i denne måned i online-tidsskriftet PLoS ONE, en udgivelse af Public Library of Science. Forskningen blev føderalt finansieret af National Science Foundations afdeling for materialeforskning og af et tilskud fra University of California Lab Research Program.

Zocchi og Wang offentliggjorde relaterede resultater tidligere på året i tidsskriftet Europhysics Letters, en publikation af European Physical Society, og tidsskriftet Physical Review Letters.

I tidligere forskning, Zocchi og kolleger rapporterede sidste år et væsentligt skridt i at kontrollere kemiske reaktioner mekanisk. tog et væsentligt skridt hen imod en ny tilgang til proteinteknologi i 2006, skabte en mekanisme på nanoskala til eksternt at kontrollere et proteins funktion og virkning i 2005, og skabte en første af sin slags nanoskala sensor ved hjælp af et enkelt molekyle mindre end 20 nanometer langt i 2003.