A vitrina nova do nanoscale podia ajudar a revelar a estrutura de moléculas do duro-à-estudo

Os pesquisadores no Ministério do laboratório nacional do Lawrence Berkeley da Energia (laboratório de Berkeley) e do Uc Berkeley criaram meio uma vitrina do nanoscale que permitisse opiniões novas da atômico-escala do produto químico do duro-à-estudo e de amostras biológicas.

Seu trabalho, publicado o 18 de agosto em linha na ciência do jornal, podia ajudar a revelar detalhes estruturais novos para uma escala de moléculas desafiantes--incluindo compostos químicos complexos e drogas potencial novas--estabilizando os estruturas resistentes do interior conhecidas como estruturas metal-orgânicas (MOFs).

Os pesquisadores introduziram uma série de moléculas diferentes que foram limitadas quimicamente dentro dos estes MOFs poroso, cada um que medem aproximadamente 100 milhonésimos de um medidor transversalmente, e técnicas então usadas do raio X para determinar a estrutura molecular precisa das amostras dentro do MOFs.

As amostras variaram de um álcool simples a uma hormona de planta complexa, e o método novo, dublado “CAL” para o alinhamento covalent (as moléculas formam um tipo de ligação química conhecido como uma ligação covalent no MOFs), permite pesquisadores de determinar a estrutura completa de uma molécula de um único cristal de MOF que contenha as moléculas da amostra em seus poros.

O MOFs no estudo, que são idênticos e são fáceis de fabricar em grandes números, desde que meio uma espinha dorsal para as moléculas da amostra que as guardararam ainda para o raio X estuda--as moléculas de outra maneira podem ser trémulos e difíceis de estabilizar. Os pesquisadores prepararam as amostras mergulhando o MOFs nas soluções que contêm misturas moleculars diferentes e que aquecem então as até que se cristalizaram.

“Nós quisemos demonstrar que qualqueras um moléculas, não importa como complexo, podem ser incorporadas e sua estrutura ser determinadas dentro do MOFs,” dissemos Omar Yaghi, um cientista dos materiais no laboratório de Berkeley e professor da química em Uc Berkeley que conduziu a pesquisa.

O MOFs igualmente possui uma destreza manual particular conhecida como o “chirality”--como uma pessoa canhota contra uma pessoa destro--isso liga selectivamente com amostras moleculars que igualmente possuem esta destreza manual. A diferença na destreza manual de uma molécula é particularmente importante para fármacos, porque pode significar a diferença entre uma medicina e um veneno.

“Este é um dos Santos Graal: como cristalizar moléculas complexas, e determinar seu chirality,” Yaghi disse.

O Lee de Seungkyu e Eugene A. Kapustin, os pesquisadores do laboratório de Berkeley e os alunos diplomados de Uc Berkeley que participaram no trabalho o mais atrasado, disseram proteínas do duro-à-estudo, tais como aqueles importantes para a revelação da droga, são alvos prioritários para a técnica nova.

“Nós estamos apontando para aquelas moléculas de que foram cristalizados nunca antes,” Kapustin dissemos. “Que é nosso passo seguinte. Assim nós não podemos somente mostrar o regime dos átomos, mas igualmente a destreza manual das moléculas, em que as companhias farmacéuticas estão interessadas.”

Um dos melhores métodos para estudar a estrutura 3-D de toda a molécula no detalhe atômico é formá-la em um cristal. Então, os pesquisadores apontam a luz intensa do raio X no cristal, que produz um teste padrão dos pontos--como a luz fora de uma bola do disco. Tais testes padrões servem como uma impressão digital para inteiramente traçar a estrutura 3-D da molécula.

Algumas moléculas são difíceis de formar em cristais, embora, e o processo de cristalizar uma única molécula pode em alguns casos envolver anos de esforço e de despesa.

“Cristalizar uma molécula envolve tipicamente um método da tentativa e erro,” Yaghi disse. “Cada químico e biólogo têm que submeter-se a este processo. Mas neste material de MOF você não precisa todo o aquele--prende a molécula e os pedidos ele. É uma maneira de contornear que a aproximação da tentativa e erro ao cristalografia.”

Os tipos diferentes de MOFs, com tamanhos diferentes do poro, poderiam ser testados para encontrar qual trabalho melhor com tipos diferentes de amostras, Lee disse.

Importante, o MOFs no estudo o mais atrasado não pareceu distorcer a estrutura natural, intacto das moléculas. Os pesquisadores dizem que é possível determinar a estrutura 3-D completa de uma molécula mesmo se as amostras enchem somente aproximadamente 30 por cento dos poros de um MOF.

Os pesquisadores determinaram a estrutura atômica do MOFs e as moléculas encadernadas com raios X na fonte luminosa avançada do laboratório de Berkeley (ALS), e igualmente estudaram o MOFs usando uma técnica chamada ressonância magnética nuclear (NMR) na fundição molecular do laboratório de Berkeley.

Em tudo, os pesquisadores estudaram 16 moléculas diferentes limitadas dentro dos poros de MOF, incluindo uma hormona de planta chamada o ácido jasmonic da cuja a estrutura chiral tinha sido determinada nunca directamente antes, a outra hormona de planta conhecida como gibberellins, o metanol, e os outros ácidos e álcoois.

Os metais na estrutura de MOF próprios podem realmente servir para aumentar a qualidade das imagens do raio X, Kapustin disse, adicionando que em um caso que a técnica permitiu que os pesquisadores distinguissem entre duas hormonas de planta quase idênticas baseou na diferença em uma única ligação atômica.

Os pesquisadores poderiam ver detalhes estruturais para baixo aos centésimo de um nanômetro--menos do que o diâmetro de alguns átomos. “Você pode ver com tal precisão se é uma ligação dobro ou uma única ligação, ou se este é um átomo de carbono ou algum outro átomo,” Lee disse. “Uma vez que você liga uma molécula no MOF, você pode aprender a estrutura absoluta muito precisamente desde que o chirality do MOF serve como uma referência durante o refinamento da estrutura.”

Source:

DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory