Os Cientistas desenvolvem a cascata artificial 3-D da enzima que imita o caminho bioquímico usando moléculas do ADN

Published on May 26, 2014 at 3:51 AM · No Comments

Usando moléculas do ADN goste de um andaime arquitectónico, cientistas da Universidade Estadual do Arizona, em colaboração com colegas na Universidade Do Michigan, desenvolveram uma cascata artificial 3-D da enzima que imite um caminho bioquímico importante que poderia provar importante para as aplicações futuras do biomedical e da energia.

Os resultados foram publicados na Nanotecnologia da Natureza do jornal. Conduzido pelo Professor Hao Yan de ASU, a equipa de investigação incluiu pesquisadores Jinglin Fu, Yuhe Yang, Minghui Liu, Professor Yan Liu e Professor Neal Woodbury do Instituto de ASU Biodesign junto com o Professor Nils Walter dos colegas e o Johnson-Fanfarrão de Alexander do companheiro pos-doctoral na Universidade Do Michigan.

Os Pesquisadores no campo da nanotecnologia do ADN, aproveitando-se das propriedades obrigatórias dos blocos de apartamentos químicos de ADN, torcem e auto-montam o ADN em nunca-mais imaginativo 2 - e 3 estruturas dimensionais para aplicações médicas, eletrônicas e da energia.

Na descoberta a mais atrasada, a equipa de investigação pegou o desafio de imitar enzimas fora dos confins amigáveis da pilha. Estas enzimas aceleram as reacções químicas, usadas em nossos corpos para a digestão do alimento em açúcares e da energia durante o metabolismo humano, por exemplo.

“Nós olhamos à Natureza para que a inspiração construa os sistemas moleculars sintéticos que imitam os machineries sofisticados do nanoscale desenvolvidos em sistemas biológicos de vida, e nós projectamos racional nanoscaffolds moleculars conseguir biomimicry a nível molecular,” Yan disse, que guardara a Cadeira de Milton Glick no Departamento de ASU de Química e de Bioquímica e dirige o Centro para o Projecto Molecular e Biomimicry no Instituto de Biodesign.

Com enzimas, todas as peças moventes devem firmemente ser controladas e coordenado, se não a reacção não trabalhará. As peças moventes, que incluem moléculas tais como carcaças e cofactor, couberam toda em um bolso complexo da enzima apenas como um basebol em uma luva. Uma Vez Que todas as peças químicas encontraram seu lugar no bolso, a energética que controlam a reacção torna-se favorável, e faz-se rapidamente a química acontecer. Cada enzima libera seu produto, como um bastão entregue fora em uma raça de relé, a uma outra enzima para realizar o passo seguinte em um caminho bioquímico no corpo humano.

Para o estudo novo, os pesquisadores escolheram um par de enzimas universais, desidrogenase de fosfato glucose-6 (G6pDH) e desidrogenase do malato (MDH), que é importante para biosíntese-fazer os ácidos aminados, as gorduras e os ácidos nucleicos essenciais para toda a vida. Por exemplo, os defeitos encontrados no caminho causam a anemia nos seres humanos. Da “as enzimas Desidrogenase são particularmente importantes desde que fornecem a maioria da energia de uma pilha”, disseram Walter. O “Trabalho com estas enzimas podia conduzir às aplicações futuras na produção energética verde tal como células combustíveis usando matérias biológicos para o combustível.”

No caminho, G6pDH usa a carcaça do açúcar da glicose e um cofactor chamados NAD para descascar átomos de hidrogênio da glicose e da transferência à enzima seguinte, MDH, para ir sobre e fazer o ácido malic e para gerar o NADH no processo, que é usado para como um cofactor chave para a biosíntese.

Refazer este par da enzima no tubo de ensaio e mandá-lo trabalhar fora da pilha são um grande desafio para a nanotecnologia do ADN.

Para encontrar o desafio, fizeram primeiramente um andaime do ADN que os olhares como diversos rolos de toalha de papel colassem junto. Usando um programa informático, podiam personalizar os blocos de apartamentos químicos da seqüência do ADN de modo que o andaime auto-montasse. Em Seguida, as duas enzimas foram anexadas às extremidades das câmaras de ar do ADN.

No meio do andaime do ADN, afixaram uma única costa do ADN, com o NAD+ tethered à extremidade como uma bola e uma corda. Yan refere este como um braço de balanço, que seja longo, flexível e destro bastante balançar para a frente e para trás entre as enzimas.

Uma Vez Que o sistema foi feito em um tubo de ensaio aquecendo acima e refrigerando o ADN, que conduz ao auto-conjunto, as peças da enzima foram adicionadas dentro. Confirmaram a estrutura usando um microscópio potente, chamado um AFM, que pudesse ver para baixo ao nanoscale, 1.000 vezes menor do que a largura de um cabelo humano.

Como arquitetos, os cientistas construíram primeiramente um modelo completo assim que poderiam testar e medir a geometria e as estruturas espaciais, incluindo em sua instalação uma tintura fluorescente minúscula anexada ao braço de balanço. Se a reacção ocorre, podem medir um sinal vermelho da baliza que a tintura desprenda---mas neste caso, ao contrário de um sinal de tráfego, uma luz vermelha significa os trabalhos da reacção.

Em Seguida, tentaram o sistema da enzima e encontraram que trabalhou apenas o mesmos que uma cascata celular da enzima. Igualmente mediram o efeito ao variar a distância entre o braço de balanço e as enzimas. Encontraram que havia um ponto doce, em 7nm, onde o ângulo do braço estava paralelo aos pares da enzima.

Com um único braço de balanço no sistema do tubo de ensaio que trabalha apenas como as enzimas celulares, decidiram adicionar os braços, testando os limites do sistema com os até 4 braços adicionados. Podiam mostrar isso como cada braço foi adicionado, o G6pDH poderiam prosseguir para fazer ainda mais produto, quando o MDH maxed para fora após somente dois braços de balanço. Do “as enzimas Forro acima ao longo de uma cadeia de fabricação projetada como Henry Ford fizeram para peças de automóvel estão satisfazendo particularmente para alguém que vive perto da cidade Detroit do motor,” disse Walter.

O trabalho igualmente abre um futuro brilhante onde os caminhos bioquímicos possam ser replicated fora da pilha para desenvolver aplicações biomedicáveis tais como métodos de detecção para plataformas diagnósticas.

“Um mesmo objetivo mais elevado e mais valioso é projectar caminhos de conexão em cascata altamente programados da enzima em plataformas do nanostructure do ADN com controle de seqüências da entrada e da saída. Conseguir este objetivo permitiria não somente que os pesquisadores imitassem as cascatas elegantes da enzima encontradas na natureza e tentassem compreender seus mecanismos subjacentes da acção, mas facilitaria a construção das cascatas artificiais que não existem na natureza,” disse Yan.

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