Siempre es bueno cuando su intuición resulta ser correcta, pero los científicos de la Universidad de Rice que estudiaban proteínas y partículas eran más "correctos" de lo que esperaban.
Los químicos de arroz Christy Landes y Stephan Link y el autor principal y becario postdoctoral de Smalley-Curl Qingfeng Zhang informaron esta semana en ciencia esa albúmina de suero bovino BSA, una proteína de emisión estándar en la experimentación de laboratorio de bio-bio, es propensa a empujar nanorods de oro en ensambles quirales diestros, mientras produce señales plasmónicas quirales para que coincidan.
El resultado fue una sorpresa para los investigadores que se propusieron desenredar las misteriosas interacciones en mezclas de BSA y nanorods de oro: la agregación de nanopartículas metálicas en conjuntos quirales, quiralidad de proteínas y las propiedades plasmónicas resultantes. La luz desencadena mezclas de partículas yproteínas para dispersar la luz polarizada, pero hasta ahora los investigadores no sabían qué interacciones dentro de la mezcla eran responsables de la señal y, lo más importante para futuras aplicaciones de detección, si podían refinarse.
El trabajo insinúa que puede ser posible detectar la capacidad de transmisión o quiralidad de proteínas individuales, una bendición potencial para las compañías farmacéuticas que requieren la pureza del medicamento. Una molécula con la quiralidad correcta puede salvar una vida, mientras que la misma molécula del opuestola quiralidad puede ser altamente tóxica.
Los experimentos de Rice revelaron una quiralidad multinivel en la forma en que las proteínas BSA impulsaron a las partículas de 100 nanómetros de longitud a alinearse y en cómo los plasmones de las partículas respondieron a la luz en presencia de proteínas mucho más pequeñas. Los plasmones son ondas electrónicas resonantes que se ondulan a lo largo dela superficie de una partícula metálica cuando se activa por la luz.
La respuesta se midió como dicroísmo circular CD, que es una forma de medir si la rotación del campo eléctrico de una onda de luz tiene una interacción preferencial con el material en sentido horario derecha o antihorario izquierda.
las señales de CD son generalmente débiles, pero aún ayudan a caracterizar la conformación promedio de los conjuntos de proteínas. En el estudio de Rice, los plasmones actuaron como antenas para amplificar el CD de las proteínas quirales adsorbidas en la superficie, desplazando la señal del ultravioleta al visible, referidocomo plasmón acoplado-CD.
Link dijo que el CD acoplado a plasmón se había observado previamente para mezclas de nanopartículas individuales, agregados y moléculas quirales, pero hasta ahora ningún estudio reveló si todas las moléculas y nanopartículas contribuyeron igualmente a la señal.
No lo hacen en este caso. El estudio reveló que solo los complejos agregados de nanorod-proteína producen una señal de CD, causada tanto por las proteínas en los espacios entre las nanopartículas como por los ensamblajes de nanopartículas quirales.
Fue una sorpresa completa, dijo Landes, que las proteínas dirigieran el ensamblaje de nanorods quirales de tal manera que la manejabilidad del ensamblaje coincidiera con la manejabilidad de las proteínas. "Estábamos tratando de probar una hipótesis sobre el origen del quiralseñal de que otras personas han informado en estudios de conjuntos de nanopartículas ", dijo." ¿Es de nanoestructuras quirales? ¿Es de la proteína? Y descubrimos que son ambas cosas.
"Además, la biomolécula de proteína con una mano preferencial induce esa mano en agregados de nanorod mucho más grandes", dijo Landes. "Ese fue el descubrimiento que simplemente no esperábamos".
Link explicó que la quiralidad de los nanorod es una cuestión de posicionamiento. "Dos nanorods perpendiculares son aquirales", dijo. "Si son paralelos, son aquirales. Pero si están alineados en otros ángulos, son quirales".La dificultad estaba en diseñar un experimento para determinar de dónde viene el CD cuando tienes mezclas de proteínas, nanorods y agregados aquirales y quirales ".
Utilizando una nueva técnica desarrollada en el laboratorio de Link llamada espectroscopía de dispersión diferencial circular de una sola partícula CDS, los investigadores confirmaron que solo los complejos agregados de nanorod-BSA exhibían quiralidad. Cuando los agregados se excitaban con luz visible, el efecto de antena dellos puntos calientes plasmónicos amplificaron la respuesta quiral normalmente débil de las proteínas en los espacios entre partículas.
La clave de su éxito, dijo Landes, fue un programa de imagen personalizado del estudiante graduado de Rice y coautor Rashad Baiyasi que les permitió identificar partículas individuales y pequeños agregados entre las muestras a nanoescala y luego relacionar la espectroscopía con los puntos calientes y el orden preferencial.
Los sabáticos de primavera para Landes y Link también resultaron ser el momento perfecto para el proyecto, ya que llamaron la atención de la coautora Jennifer Dionne, directora del Centro de Investigación de Fotónica de Stanford y especialista en microscopía electrónica criogénica. Dionne mostróque congelar las soluciones de partículas de proteínas permitiría a los investigadores ver directamente cómo se alinean las partículas en 3D.
Eso ayudó a eliminar cualquier incertidumbre de que al aplanar los ensambles quirales en una superficie estaba cambiando la señal.
En otro experimento, los investigadores reemplazaron BSA con sal de mesa disuelta para ver cómo reaccionaban las partículas. Descubrieron que los nanorods se agregarían, pero en una mezcla de arreglos aquirales y quirales que tienen la misma cantidad de especies zurdas y diestras sinuna mano general preferida y, por lo tanto, sin una señal de conjunto de CD ". Confirmó que BSA sesga la formación de una cierta mano de nanoestructuras", dijo Link. "Todavía no sabemos por qué o qué tan general es este fenómeno".
Landes dijo que los investigadores están "a unos 14 pasos" para juzgar la quiralidad de una sola proteína. Si eso es posible, dijo que el descubrimiento de Rice puede proporcionar el único camino hacia la detección sin etiqueta de conformaciones de proteínas individuales. Eso tiene valormás allá de toda medida para los químicos farmacéuticos que luchan por crear lotes de proteínas con una mano particular, un factor crítico en el diseño de medicamentos.
"El último sueño tiene dos partes: una es que podemos detectar conformaciones de proteínas individuales de forma dinámica, y la otra es que podemos hacerlo dentro del tejido vivo", dijo Landes. "No hay forma de que puedas usar invisible luz ultravioleta para hacer eso. La única forma de obtener imágenes dentro de algo vivo, una célula o un animal, sería cambiar esa luz al rojo, como lo hemos hecho en estos experimentos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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