La vitrina nueva del nanoscale podía ayudar a revelar la estructura de las moléculas del duro-a-estudio

Los investigadores en el Ministerio de laboratorio nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía (laboratorio de Berkeley) y Uc Berkeley han creado una clase de vitrina del nanoscale que habilita nuevas opiniones de la atómico-escala de la substancia química del duro-a-estudio y de muestras biológicas.

Su trabajo, publicado el 18 de agosto en línea en la ciencia del gorrón, podía ayudar a revelar a los nuevos detalles estructurales para un alcance de moléculas desafiadoras--incluyendo composiciones químicas complejas y drogas potencialmente nuevas--estabilizándolas estructuras robustas del interior conocidas como armazones metalorgánicos (MOFs).

Los investigadores introdujeron una serie de diversas moléculas que químicamente estuvieron limitadas dentro de estos MOFs poroso, cada uno que medía cerca de 100 millionths de un contador a través, y técnicas entonces usadas de la radiografía para determinar la estructura molecular exacta de las muestras dentro del MOFs.

Las muestras colocaron de un alcohol simple a una hormona de instalación compleja, y el nuevo método, aparado “caloría” para la alineación covalente (las moléculas forman un tipo de vínculo químico conocido como ligazón covalente en el MOFs), permite a investigadores determinar la estructura completa de una molécula de un único cristal de MOF que contenga las moléculas de la muestra en sus poros.

El MOFs en el estudio, que son idénticos y son fáciles de fabricar en grandes números, con tal que una clase de espina dorsal para las moléculas de la muestra que todavía las esperaron para la radiografía estudie--las moléculas de otra manera pueden ser temblorosas y difíciles de estabilizarse. Los investigadores prepararon las muestras sumergiendo el MOFs en las soluciones que contenían diversas mezclas moleculares y después que las calentaban hasta que cristalizaran.

“Quisimos demostrar que ninguno de estos moléculas, no importa cómo complejo, se pueden ser incorporadas y su estructura determinar dentro del MOFs,” dijimos a Omar Yaghi, científico de los materiales en el laboratorio de Berkeley y profesor de la química en Uc Berkeley que llevó la investigación.

El MOFs también posee un uso de las manos determinado conocido como “chirality”--como una persona zurda comparado con una persona derecha--eso ata selectivamente con las muestras moleculares que también poseen este uso de las manos. La diferencia en el uso de las manos de una molécula es determinado importante para los productos farmacéuticos, pues puede significar la diferencia entre un remedio y un veneno.

“Éste es uno de los santos griales: cómo cristalizar las moléculas complejas, y determinar su chirality,” Yaghi dijo.

Seungkyu Lee y Eugene A. Kapustin, los investigadores del laboratorio de Berkeley y los estudiantes de tercer ciclo de Uc Berkeley que participaron en el último trabajo, dijeron las proteínas del duro-a-estudio, tales como ésos importantes para el revelado de la droga, son objetivos prioritarios para la nueva técnica.

“Estamos apuntando para esas moléculas antes de las cuales nunca se han cristalizado,” Kapustin dijimos. “Que es nuestro paso siguiente. Podemos no sólo mostrar tan la ordenación de átomos, pero también el uso de las manos de las moléculas, en las cuales las compañías farmacéuticas están interesadas.”

Uno de los mejores métodos para estudiar la estructura tridimensional de cualquier molécula en detalle atómico es formarla en un cristal. Entonces, los investigadores apuntan la luz intensa de la radiografía en el cristal, que produce una configuración de sitios--como luz lejos de una bola de discoteca. Tales configuraciones sirven como huella dactilar para completo correlacionar la estructura tridimensional de la molécula.

Algunas moléculas son difíciles de formar en cristales, aunque, y el proceso de cristalizar una única molécula puede implicar en algunos casos años de esfuerzo y de costo.

“Cristalizar una molécula implica típicamente un método del ensayo y error,” Yaghi dijo. “Cada químico y biólogo tiene que someter a este proceso. Pero en este material de MOF usted no necesita todo el eso--atrapa la molécula y las órdenes él. Es una manera sobrepasar que la aproximación del ensayo y error a la cristalografía.”

Diversos tipos de MOFs, con diversas tallas del poro, se podrían probar para descubrir cuáles trabajo mejor con diversos tipos de muestras, Lee dijo.

Importantemente, el MOFs en el último estudio no aparecía torcer la estructura natural, intacta de las moléculas. Los investigadores dicen que es posible determinar la estructura tridimensional completa de una molécula incluso si las muestras llenan solamente el cerca de 30 por ciento de los poros de un MOF.

Los investigadores determinaron la estructura atómica del MOFs y las moléculas encuadernadas con las radiografías en la fuente de luz avance del laboratorio de Berkeley (ALS), y también estudiaron el MOFs usando una técnica llamada de resonancia magnética nuclear (NMR) en la fundición molecular del laboratorio de Berkeley.

En todos, los investigadores estudiaron 16 diversas moléculas limitadas dentro de los poros de MOF, incluyendo la hormona de instalación llamada el ácido jasmonic antes de cuya estructura quiral nunca había sido determinada directamente, la otra hormona de instalación conocida como giberelinas, metanol, y otros ácidos y alcoholes.

Los metales en el marco de MOF sí mismo pueden servir real aumentar la calidad de las imágenes de la radiografía, Kapustin dijo, agregando que en un caso que la técnica permitió que los investigadores distinguieran entre dos hormonas de instalación casi idénticas basó en la diferencia en una única ligazón atómica.

Los investigadores podrían ver a los detalles estructurales hacia abajo a los centésimo de un nanómetro--menos que el diámetro de algunos átomos. “Usted puede ver con tal precisión si es un enlace doble o una única ligazón, o si éste es un átomo de carbono o un poco de otro átomo,” Lee dijo. “Una vez que usted ata una molécula en el MOF, usted puede aprender la estructura absoluta muy exacto puesto que el chirality del MOF sirve como referencia durante el refinamiento de la estructura.”

Source:

DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory