Forskere kombinerer discipliner for at lokalisere små strukturer i umærkede molekyler

Fem års hårdt arbejde og lidt "kosmisk held" førte Rice University -forskere til en ny metode til at opnå strukturelle detaljer om molekyler i biomembraner.

Metoden fra fysikeren Jason Hafners Rice -laboratorium kombinerer eksperimentelle og beregningsmæssige teknikker og er afhængig af de plasmoniske egenskaber af guldnanopartikler. Det udnytter nanopartiklernes unikke evne til at fokusere lys på meget små mål.

Forskerne kalder deres protokol SABERS, til strukturanalyse ved forbedret Raman -spredning, og sige, at det kunne hjælpe forskere, der studerer amyloid -interaktioner, der er impliceret i neurodegenerativ sygdom, fedtsyrers neurobeskyttende virkning og kemoterapimidlers funktion.

Detaljerne vises i denne måned i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Deres metode udtrækker placeringen af ​​specifikke kemiske grupper i molekylerne ved at lokalisere deres karakteristiske vibrationer. Når en laser aktiverer plasmoner i nanopartiklerne, det forstærker vibrationsspredt lys fra nærliggende molekyler, et fænomen kaldet overfladeforbedret Raman-spredning (SERS). Forbedringen er følsom over for præcis, hvor molekylet sidder i forhold til nanopartiklen.

"Molekyler kan vibrere på mange forskellige måder, så vi er nødt til at tildele et 'vibrationscenter' til hver enkelt, "Sagde Hafner." Hvis du ser en del af et molekyle vibrere, du kan visualisere, hvor det sker, men vi måtte også finde en matematisk måde at beskrive det på. "

SERS -spektre er notorisk svære at afvikle, så den fulde SABERS -metode kræver også uforbedrede spektrale målinger og teoretiske beregninger af både nanorodoptikken og de molekylære egenskaber, han sagde.

Hafner og hans team testede deres teknik på tre strukturer:overfladeaktive molekyler, der leveres med guldnanoroder, lipidmolekyler, der danner membraner på guldnanoroder og tryptophan, en aminosyre, der sætter sig ind i membranen.

"Vi fandt ud af, at det overfladeaktive lag vippes med 25 grader, hvilket er interessant, fordi det forklarer, hvorfor andre målinger fandt ud af, at laget fremstår tyndere end forventet, "Sagde Hafner.

Lipider erstatter let overfladeaktive stoffer på nanoroder, da de ender i den samme kemiske struktur. Ved at sammenligne vibrationer af denne struktur i lipidhovedgruppen med en dobbeltbinding i halen, SABERS fandt den korrekte orientering og tykkelse af lipid -dobbeltlagsmembranen. "Det er bare kosmisk held, at et lipid ender i en perfekt symmetrisk struktur, der vibrerer og er Raman aktiv og elsker at sidde på en nanorod, "Sagde Hafner.

Forskerne brugte også SABERS til at lokalisere tryptophan i lipid -dobbeltlaget. "Det er meget lyst, spektroskopisk, og let at se, "sagde han." I virkelige biologiske strukturer, tryptophan er bare en lille rest bundet til et meget større protein. Imidlertid, tryptophan hjælper med at forankre proteinet til membranen, så forskere vil vide, hvor de foretrækker at sidde. "

Næste, Hafner vil analysere større molekyler. "I princippet, gennem spektroskopiske tricks, vi kunne tage dette til større strukturer, og måske endda finde hver rest i et protein for at få hele strukturen. Det er futuristisk, men det er der, vi tror, ​​vi kan gå med det, " han sagde.