Forskare framkallar den 3-D konstgjorda enzymkaskaden som efterapar biochemical bana genom att använda DNA-molekylar

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

Genom Att Använda molekylar av DNA gilla en arkitektonisk scaffold, Arizona Delstatsuniversitetforskare, i samarbete med kollegor på Michiganuniversitetet, har framkallat en 3-D konstgjord enzymkaskad som efterapar en viktig biochemical bana, som kunde bevisa viktigt för framtida biomedical- och energiapplikationer.

Rönet publicerades i föra journal överNaturNanotechnologyen. Ledde vid ASU-Professorn Hao Yan, forskarna för Institutet för forskninglaget de inklusive ASU Biodesign Jinglin Fu, Yuhe Yang, Minghui Liu, Professorn Yan Liu och Professorn Neal Woodbury tillsammans med kollegaProfessorn Nils Walter och den postdoctoral kamratAlexander Johnson-Bocken på Michiganuniversitetet.

Forskare i sätta in av DNA-nanotechnology som tar fördel av den bindande rekvisitan av de kemiska byggande kvarteren av DNA, vridningen och, själv-monterar DNA in i någonsin-mer fantasirika 2 - och dimensionella 3 strukturerar för elektroniska och energiapplikationer för läkarundersökning.

I det senaste genombrottet tog forskninglaget upp utmaningen av att efterapa enzym utanför den vänliga gränsområdet av cellen. Dessa enzym rusar upp kemiska reaktioner som används i vårt, förkroppsligar för matsmältningen av mat in i sockrar och energi under människaämnesomsättning, till exempel.

”Ser Vi till Naturen för att inspiration ska bygga konstgjorda molekylära system som efterapar de sofistikerade nanoscalemachineriesna som framkallas, i att bo biologiska system, och vi planlägger rationally molekylära nanoscaffolds för att uppnå biomimicry på det molekylära jämnt,”, sade Yan, som rymmer den Milton Glick Stolen i ASU-Avdelningen av Kemi och Biochemistry och riktar Centrera för Molekylär Design och Biomimicry på det Biodesign Institutet.

Med enzym måste alla rörs delar stramt kontrolleras och koordineras, annorlunda det reaktion ska inte arbetet. De röra delarna, som inkluderar molekylar liksom substrates och cofactors, all passform in i en fick- precis något liknande för komplext enzym en baseball in i en handske. Förlägga i det fick-, energeticsen När alla kemiska delar har funnit deras, som kontrollerar reaktionen blir gynnsamma och gör swiftly kemi att hända. Varje enzym frigör dess produkt, gillar en taktpinne som räckas av i en stafett, till ett annat enzym för att bära ut det nästa, kliver i en biochemical bana i människokroppen.

För den nya studien valde forskarna en para av universella enzym, dehydrogenasen för phosphate glucose-6 (G6pDH) och malatedehydrogenase (MDH), som är viktig för biosynthesis-danande de amino syrorna, fetten och nucleic syror som är nödvändiga för allt liv. Till exempel hoppar av funnit i banan orsakar blodbrist hos människor. ”Är Dehydrogenaseenzym bestämt viktiga, sedan de levererar mest av energin av en cell”, sade Walter. ”Kunde Arbete med dessa enzym leda till framtida applikationer i grön energiproduktion liksom tankar celler som använder biomaterials för, tankar.”,

I banan, G6pDH-bruk glukossockersubstraten och en cofactor som kallas NAD att riva av väteatoms från glukos och överföringen till det nästa enzymet, MDH, att gå på och göra malic syra och för att frambringa NADH i det processaa, som används för som en nyckel- cofactor för biosynthesis.

Göra Om detta enzym para i provröret, och att ha det att fungera utanför cellen är en stor utmaning för DNA-nanotechnology.

Att möta utmaningen, gjorde de först en DNA-scaffold som ser något liknande som, flera pappers- handdukrullar limmade tillsammans. Genom Att Använda ett dataprogram, var de kompetent att skräddarsy de kemiska byggande kvarteren av DNAEN ordnar, så att den skulle scaffolden själv-monterar. Därefter fästes de två enzymen till avslutar av DNA-rören.

I en mitt av DNA-scaffolden fästte de en singel strandar av DNA, med NAD+EN som tjudrades till avslutanågot liknande en klumpa ihop sig och, stränger. Yan ser till denna som svänga beväpnar, som är lång, böjlig och fingerfärdig nog att vagga fram och tillbaka mellan enzymen.

När systemet gjordes i ett provrör, genom att värma upp, och kyla DNAEN, som leder till själv-enheten, tillfogades enzymdelarna in. De bekräftade strukturera genom att använda ettdrivit mikroskop som kallades en AFM, som kan se för att besegra till nanoscalen, 1.000 tider mindre än bredden av ett människahår.

Lika arkitekter, forskarna byggde först ettfjäll modellerar, så de kunde testa och mäta den rumsliga geometrin och strukturerar, inklusive i deras ställer in en mycket liten fluorescerande färg som fästes till svänga, beväpnar. Om reaktionen äger rum, kan de mäta en röd fyr signalerar att färgen ger sig av---men i detta fall, i motsats till en trafikera signalera, hjälpmedel för en rött ljus som reaktionen fungerar.

Därefter försökte grundar de enzymsystemet och att det fungerade precis samma som en cell- enzymkaskad. De mätte också verkställa, när de är varierande distansera mellan svänga, beväpnar och enzymen. De grundar där var en söt fläck, på 7nm, var beväpna metar var parallell till enzymet parar.

Med svänga för singel beväpna i den funktionsdugliga precis något liknande för provrörsystemet de cell- enzymen, dem avgjorde att tillfoga beväpnar, att testa begränsar av systemet med tillfogade 4 beväpnar upp till. De var kompetent att visa att, som varje beväpnar, tillfogades, G6pDHen kunde uppehället upp till göra även mer produkt, fördriver MDHEN hade maxed ut, efter endast två som svänger, har beväpnat. ”Gjorde Fodrarenzym upp längs en planlagd monteringsbandnågot liknande Henry Ford för auto delar är bestämt satisfying för någon som bor nära den motoriska staden Detroit,”, sade Walter.

Arbetet öppnar också en ljus framtid var biochemical banor kan reproduceras utanför cellen för att framkalla biomedicalapplikationer liksom upptäcktsmetoder för diagnostiska plattformar.

”Är ett även mer loftier och mer värdesakmål att iscensätta högt programmerat applådera enzymbanor på DNA-nanostructureplattformar med kontrollerar av matar in och tillverkar ordnar. När Du Uppnår detta mål som inte endast skulle för att låta forskare efterapa de eleganta enzymkaskaderna som finnas i natur och försök för att förstå deras bakomliggande mekanism av handlingen, men skulle, gör konstruktionen av konstgjorda kaskader lättare, som inte finns i natur,” sade Yan.

Källa: Arizona Delstatsuniversitet

Read in | English | Español | Français | Deutsch | Português | Italiano | 日本語 | 한국어 | 简体中文 | 繁體中文 | Nederlands | Русский | Svenska | Polski