科學家開發使用脫氧核糖核酸分子,仿造生化過程的三維人為酵素級聯

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

使用脫氧核糖核酸分子请喜歡一個結構上絞刑臺,亞利桑那州立大學科學家,與同事合作在密執安大學,開發了仿造一個重要生化過程可能證明重要對將來的生物和能源應用的三維人為酵素級聯。

發現在日記帳本質納米技術裡被發布了。 導致由 ASU 郝嚴教授,研究小組包括 ASU Biodesign 學院研究員 Jinglin Fu, Yuhe 楊, Minghui 劉,嚴劉教授和尼耳 Woodbury 教授以及同事 Nils 瓦爾特教授和博士後亞歷山大約翰遜大型裝配架在密執安大學。

研究員在領域的脫氧核糖核酸納米技術,利用脫氧核糖核酸化工構件的黏合性,扭轉并且自彙編脫氧核糖核酸到更加有想像力 2 - 和醫療,電子和能源應用的三維的結構。

在最新的突破,研究小組迎接仿造在這個細胞的友好區域的之外酵素的挑戰。 例如這些酵素加速化學反應,用於我們的身體為食物到糖和能源的消化在人力新陳代謝期間。

「我們查找對本質為了啟發能建立仿造在居住的生物系統開發的複雜的 nanoscale machineries 的人造分子系統,并且我們合理設計分子 nanoscaffolds 達到 biomimicry 在分子級別」,嚴說,拿著在 ASU 化學系的米爾頓 Glick 椅子和生化并且在 Biodesign 學院處理分子設計中心和 Biomimicry。

酵素,所有運動機件必須是受嚴格控制和協調,否則這種回應不會運作。 運動機件,包括分子例如基體和輔助因素,所有適合了到一個複雜酵素礦穴像棒球到手套。 一旦控制這種回應的所有化工零件找到他們的礦穴的安排,能學變得有利和很快地做化學發生。 每酵素發行其產品,像在接力賽遞的警棒,對另一酵素執行在一個生化過程的下一個步驟在人體。

对新的研究,研究員選擇了一個對通用酵素、葡萄糖6 磷酸鹽脫氫酶 (G6pDH) 和蘋果酸脫氫酶 (MDH),對生物合成做是重要氨基酸、油脂和核酸重要對所有壽命。 例如,在這條路找到的缺陷在人導致貧血症。 「脫氫酶酵素是特別重要的,因為他們提供大多數細胞的能源」,說瓦爾特。 「與這些酵素一起使用能導致在綠色發電的將來的應用例如燃料電池使用燃料的生物材料」。

在這條路, G6pDH 使用稱 NAD 的葡萄糖糖基體和一個輔助因素從葡萄糖和調用到下酵素, MDH 剝離氫原子,繼續和製造蘋果酸和生成 NADH 在進程中,為作為一個關鍵輔助因素使用生物合成的。

重造在試管的此酵素對和安排它在這個細胞之外從事是脫氧核糖核酸納米技術的大挑戰。

要接受挑戰,他們首先做看起來幾毛巾紙輥一起膠合的一個脫氧核糖核酸絞刑臺。 使用計算機程序,他們能自定義脫氧核糖核酸順序的化工構件,以便這個絞刑臺將自彙編。 其次,二酵素附有了脫氧核糖核酸管的末端。

在脫氧核糖核酸絞刑臺中間,他們添加了脫氧核糖核酸一根頭髮絲,與 NAD+ 被束縛對像球和字符串的末端。 嚴是指此作為擺臂,是長,靈活和足够靈巧的反覆晃動在酵素之間。

一旦這個系統在試管做通過加熱,并且冷卻脫氧核糖核酸,導致自集合,酵素零件被添加了。 使用一個大功率的顯微鏡,他們小於人髮的寬度確認了這個結構,稱 AFM,能看到下來到 nanoscale, 1,000 次。

像建築師,科學家首先建立了一個全方位設計,因此他們可能測試和評定空間的幾何和結構,包括在他們的設置一個微小的熒光染料附加擺臂。 如果這種回應進行,他們可以評定這種染料釋放的一個紅色烽火臺信號--- 但是在這種情況下,不同於交通信號,紅燈意味回應工作。

其次,他們嘗試了酵素系統并且發現它運作同蜂窩電話酵素級聯一樣。 當變化這個距離在擺臂和酵素之間時,他們也評定了這個作用。 他們查找有一個甜地點,在 7nm,胳膊角度與酵素對是並行。

使用在運作像蜂窩電話酵素的試管系統的唯一擺臂,他們決定添加胳膊,測試系統的限額與 4 條被添加的胳膊的。 他們能顯示那,因為每條胳膊被添加了, G6pDH 可能跟上做更加產品,而 MDH 在二擺臂以後只竭盡全力。 「襯裡酵素沿著像亨利・福特的一團被設計的裝配線為汽車零件執行為居住在馬達城市底特律附近的某人是特別令人滿意」,瓦爾特說。

這個工作也開張生化過程可以在這個細胞之外被複製開發生物醫學的應用例如診斷平臺的探知方法的一個明亮的遠期。

「一個更加崇高和更加重要的目標是設計在脫氧核糖核酸 nanostructure 平臺的高度被編程的級聯的酵素路有輸入和輸出順序控制的。 達到此目標不僅將允許研究員仿造本質上找到的典雅的酵素級聯和嘗試瞭解活動他們的基礎結構,但是實現不存在本質上人為級聯的建築」,說嚴。

來源: 亞利桑那州立大學

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