Le cas d'exposition nouveau de nanoscale a pu aider à indiquer la structure des molécules de dur-à-étude

Les chercheurs au ministère de l'énergie le laboratoire national de Lawrence Berkeley (laboratoire de Berkeley) et l'Uc Berkeley ont produit une sorte de cas d'exposition de nanoscale qui active des vues neuves d'atomique-écaille de produit chimique et d'échantillons biologiques de dur-à-étude.

Leur travail, 18 août en ligne publié en la Science de tourillon, a pu aider à indiquer les petits groupes structurels neufs pour une gamme des molécules provocantes--y compris les composés chimiques complexes et les médicaments potentiellement neufs--en les stabilisant structures solides d'intérieur connues sous le nom de cadres métallo-organiques (MOFs).

Les chercheurs ont introduit une suite de différentes molécules qui ont été chimiquement liées à l'intérieur des ces MOFs poreux, chacune mesurant environ 100 millionths d'un mètre à travers, et des techniques alors utilisées de rayon X pour déterminer la structure moléculaire précise des échantillons à l'intérieur du MOFs.

Les échantillons se sont échelonnés d'un alcool simple à une hormone de centrale complexe, et la méthode neuve, « CALORIE » aboubée pour le cadrage covalent (les molécules forment un type de liaison chimique connu sous le nom de liaison covalente dans le MOFs), permet à des chercheurs de déterminer la structure complète d'une molécule d'un cristal unique de MOF qui contient les molécules témoin dans ses pores.

Le MOFs dans l'étude, qui sont identiques et sont faciles à fabriquer en grands nombres, si une sorte de réseau général pour les molécules témoin qui les retenaient toujours pour le rayon X étudie--les molécules autrement peuvent être bancales et difficiles à stabiliser. Les chercheurs ont préparé les échantillons en plongeant le MOFs dans des solutions contenant différents mélanges moléculaires et puis les chauffant jusqu'à ce qu'ils se soient cristallisés.

« Nous avons voulu expliquer que l'un de ces molécules, n'importe comment composé, peuvent être comportées et leur structure être déterminées à l'intérieur du MOFs, » avons dit Omar Yaghi, un scientifique de matériaux au laboratoire de Berkeley et professeur de chimie chez Uc Berkeley qui a abouti la recherche.

Le MOFs possèdent également une dominance manuelle particulière connue sous le nom de « chirality »--comme une personne gauchère contre une personne droitière--cela grippe sélecteur avec les échantillons moléculaires qui possèdent également cette dominance manuelle. La différence dans la dominance manuelle d'une molécule est particulièrement importante pour des pharmaceutiques, car elle peut signifier la différence entre un médicament et un poison.

« C'est l'un des Saints Graal : comment cristalliser les molécules complexes, et déterminer leur chirality, » Yaghi a dit.

Seungkyu Lee et Eugene A. Kapustin, chercheurs de laboratoire de Berkeley et étudiants de troisième cycle d'Uc Berkeley qui ont participé au dernier travail, ont dit des protéines de dur-à-étude, comme ceux importants pour le développement de médicament, sont les objectifs prioritaires pour la technique neuve.

« Nous orientons pour ces molécules avant lesquelles n'ont été jamais cristallisés, » Kapustin avons dit. « Qui est notre prochaine opération. Ainsi nous pouvons non seulement montrer l'agencement des atomes, mais également la dominance manuelle des molécules, en lesquelles les sociétés pharmaceutiques sont intéressées. »

Une des meilleures méthodes pour étudier la structure à trois dimensions de n'importe quelle molécule dans le petit groupe atomique est de le façonner en un cristal. Puis, les chercheurs dirigent la lumière forte de rayon X au cristal, qui produit une configuration des endroits--comme la lumière hors circuit d'une bille de disco. De telles configurations servent d'empreinte digital à tracer entièrement la structure à trois dimensions de la molécule.

Il est difficile façonner quelques molécules en des cristaux, bien que, et le procédé de cristalliser une molécule unique puisse dans certains cas concerner des années de l'effort et des frais.

« Cristalliser une molécule concerne type une méthode de test et erreur, » Yaghi a dit. « Chaque pharmacien et biologiste doit soumettre à ce procédé. Mais en ce matériau de MOF vous n'avez pas besoin tout de cela--il enferme la molécule et les commandes il. C'est une voie de dériver que l'approche de test et erreur à la cristallographie. »

Différents types de MOFs, avec différentes tailles de pore, pourraient être vérifiés pour découvrir lesquels travail meilleur avec différents types d'échantillons, Lee a dit.

D'une manière primordiale, le MOFs dans la dernière étude n'a pas semblé déformer la structure naturelle et intacte des molécules. Les chercheurs disent qu'il est possible de déterminer la structure à trois dimensions complète d'une molécule même si les échantillons remplissent seulement environ 30 pour cent des pores d'un MOF.

Les chercheurs ont déterminé la structure atomique du MOFs et les molécules attachées avec des rayons X à la source lumineuse avancée du laboratoire de Berkeley (ALS), et ils ont également étudié le MOFs utilisant une résonance magnétique nucléaire appelée de technique (NMR) à la fonderie moléculaire du laboratoire de Berkeley.

En tout, les chercheurs ont étudié 16 molécules différentes liées à l'intérieur des pores de MOF, y compris un acide jasmonic appelé d'hormone de centrale avant dont la structure chirale jamais n'avait été directement déterminée, toute autre hormone de centrale connue sous le nom de gibbérellines, méthylène, et d'autres acides et alcools.

Les métaux dans le cadre de MOF lui-même peuvent réellement servir à améliorer la qualité des images de rayon X, Kapustin a dit, ajoutant que dans un cas que la technique a permis à des chercheurs de distinguer deux hormones de centrale presque identiques a basé sur la différence dans une obligation atomique unique.

Les chercheurs pourraient voir les petits groupes structurels vers le bas aux centièmex d'un nanomètre--moins que le diamètre de quelques atomes. « Vous pouvez voir avec une telle précision si c'est un lien double ou une obligation unique, ou si c'est un atome de carbone ou un autre atome, » Lee a dit. « Une fois que vous grippez une molécule dans le MOF, vous pouvez apprendre la structure absolue très avec précision puisque le chirality du MOF sert de référence pendant l'amélioration de structure. »

Source:

DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory