Изготовление процедуры и двулучепреломления измерения для проектирования магнитно реагировать лантаноиды Ион Хелатирующие фосфолипидного сборок

Bicelles — диск как полимолекулярных сборки, полученные из многочисленных смеси липидов. ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5} они широко используются для структурной характеристики мембраны биомолекул методом ЯМР спектроскопии. ^{6 , 7} Однако недавние усилия призваны расширить поле возможных применений. ^{5 , 8 , 9} наиболее изученным bicelle система состоит из смеси 1,2-dimyristoyl –sn– glycero-3-фосфохолин (DMPC), составляющих плоская часть Ассамблеи и 1,2-dihexanoyl –sn– glycero-фосфохолин-3 (DHPC) фосфолипиды, охватывающих край. ^{1 , 2 , 3} молекулярная геометрия фосфолипидов, составляющих бислой диктовать архитектура собственн-собранные полимолекулярных структуры. ^{4 , 5} замена DHPC с DMPE-DTPA генерирует высоко магнитно гибкой и перестраиваемая bicelle систем. ^{10 , 11} DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} (молярное соотношение 4:1:1) bicelles связать со многими более лантаноиды парамагнитных ионов (Ln^{3 +}) на бислой поверхности, что приводит к расширенной Магнитный ответ. ¹⁰ Кроме того, заменив водорастворимый молекул DHPC с DMPE-DTPA/Ln^{3 +} позволяет формирование разбавления устойчивостью bicelles. ¹¹

Магнитные alignability Вселенский полимолекулярных сборок это продиктовано их общей магнитной энергии,

(1)

где B магнитного поля, магнитная постоянная, n число агрегации и молекулярные диамагнитного восприимчивость анизотропии сочинять бислой липидов. Таким образом ответ DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles на магнитных полей с учетом их размера (совокупного числа n) и Δχ анизотропия молекулярных диамагнитного восприимчивость. Последний достигается легко, изменив характер хелатные Ln^{3 +}. ^{12 , 13 , 14 , 15} введение холестерина (Чол-OH) или других стероидных производных в бислой предлагает возможность настройки совокупного числа n и магнитной восприимчивости Δχ сборок. ^{11 , 16 , 17 , 18 , 19} для данного липидной композиции, большие сборки содержат более липиды, способных содействовать E_mag (больше совокупного числа n), что приводит к более юстировка видов. Например, размер DMPC/DHPC bicelles, условно контролируется с помощью оптимизации составления соотношение или общей концентрации липидов. ^{20 , 21 , 22} хотя это возможно в DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles, их термо обратимые преобразования из bicelle везикулы при нагревании предлагает добавил пошива вариантов. Механический означает, такие как прессование через мембранные фильтры позволяет формирование пузырьков. Магнитно юстировка bicelles восстанавливаются после охлаждения до 5 ° C и их размеры зависят от везикул прекурсоров. ¹¹ здесь, мы ориентируемся на возможности изготовления механических процедур с DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (молярное соотношение 4:1:1) или DMPC/Чол-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (молярное соотношение 16:4:5:5) как справочных систем. Этот процесс работает аналогично при работе с другими Ln^{3 +} чем Tm^{3 +}. Широкий спектр возможностей, предлагаемых этими методами выделены на рисунке 1 и подробно обсуждаться в другом месте. ²³

Рисунок 1: схема обзор процедур возможно изготовление. Изучал магнитно юстировка Ln^{3 +} хелатирующий полимолекулярных сборки состоят из либо DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (молярное соотношение 4:1:1) или DMPC/Чол-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (молярное соотношение 16:4:5:5). Сухой липидной пленки гидратированных с фосфатного буфера 50 мм на рН 7,4 и концентрации всего липидов — 15 мм. Эффективное увлажнение липидной пленки требует либо заморозить оттаивания циклов (FT) или нагрева и охлаждения циклов (H & C). H & C циклов необходимо регенерировать образцы после последнего замораживание, оттаивание шаг, или для повторного создания образцов хранятся замороженные течение длительного периода времени, если они должны использоваться без дальнейшего экструзии. Эти шаги подробно обсуждаются Isabettini и др. ²³ максимально юстировка полимолекулярных сборки достигаются, доставлять различные Ассамблеи архитектуры на основе липидного состава. Bicelle размер и магнитные alignability перестраиваемый методом экструзии (Ext) через Нанопор мембранные фильтры. Представленные выравнивание факторы A_f были вычислены от 2D малоуглового нейтронного рассеяния (SANS) моделей DMPC/Чол-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (молярное соотношение 16:4:5:5) образца, прессованные через 800, 400, 200 или 100 Нм поры. SANS измерения являются дополнительные средства количественной оценки bicelle выравнивания, которые не будут охвачены более подробно здесь. ^{11 , 16} _f колеблется от -1 (параллельные нейтронного рассеяния или перпендикулярной выравнивание bicelles в отношении направления магнитного поля) до 0 для изотропной рассеяния.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Структура bicelles был подробно изучен широкий спектр характеристик методов. ¹³ выравнивание bicelles воздействию магнитного поля была количественно с помощью ЯМР спектроскопии или небольшой угол нейтронного рассеяния (SANS) эксперименты. ^{5 , 10 , 11 , 12 , 13 , 16 , 17 , 18 , 19 , 24 , 25} однако shift и расширение вершины ЯМР, происходящих в присутствии Ln^{3 +} , серьезные ограничения на метод. ^{15 , 26 , 27 , 28} хотя SANS эксперименты не страдают от этого ограничения, альтернативные и более доступные методы желательны для рутинной квантификации магнитно индуцированных выравнивания сборок в решении. Двойное лучепреломление измерения являются жизнеспособной и сравнительно простой альтернативой. Аналогично для ЯМР эксперименты, двойное лучепреломление измерения показывают ценную информацию о перестановках липидов и фазы липидов, происходящих в бислой. Кроме того контролируются геометрические преобразования, происходящие в Ассамблее полимолекулярных с изменением экологических условий, таких как температура. ^{11 , 12 , 13 , 16} Δn′ магнитно индуцированных двулучепреломления был использован для изучения различных типов систем фосфолипидов. ^{13 , 29 , 30} двулучепреломления измерений на основе Техника модуляции фазы в магнитном поле является жизнеспособной метод для определения ориентации bicelles. ^{12 , 16 , 18 , 29 , 31 , 32} возможность расследования bicelles с двулучепреломления в сильных магнитных полях до 35 Т была продемонстрирована также м. Liebi и др. ¹³

Когда поляризованный свет входит анизотропный материал, он будет преломляется в обыкновенной и необыкновенной волны. ¹¹ две волны имеют разные скорости и перенесены в фазе замедления δ. Степени отсталости δ измеряется и преобразуется в сигнал двулучепреломления для количественной оценки степени анизотропии материала с помощью метода

(2)

где λ — длина волны лазера и d — толщина образца. Фосфолипиды оптически анизотропными и их оптической оси совпадает с их длинные молекулярные осей, параллельно хвосты углеводородов. ^{11 , 12} не замедления измеряется если фосфолипидов произвольно ориентированных в растворе. Замедления измеряется, когда фосфолипидов выравниваются параллельно друг другу. Магнитно индуцированных двулучепреломления может иметь положительный или отрицательный знак в зависимости от ориентации молекул в магнитном поле; Смотрите Рисунок 2. Фосфолипиды, соответствие параллельно оси x приведет к отрицательным , в то время как выровнены вдоль оси z привести положительный . Не двулучепреломления наблюдается, когда оптической оси совпадает с направлением распространения света, как фосфолипидного выравнивает параллельно оси y.

Рисунок 2: Выравнивание фосфолипидов и соответствующий знак магнитно индуцированных двулучепреломления . Знак, измеренной зависит от ориентации фосфолипидов в магнитном поле. Пунктирные линии указывают на оптической оси молекулы. Свет поляризовано на 45° и распространяет в направлении оси y. Магнитное поле B — в направлении z. Этот рисунок был изменен с. м. Liebi. ¹¹ пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

В случае изотропных коллоидных подвеска bicelles ориентации, вызванных расположение фосфолипидов в бислой будут потеряны, обнуление δ отсталости. Bicelles должны также согласовать для того, чтобы ориентировать оптически активных фосфолипидов в их бислоев, вызывая замедление δ поляризованного света. Следовательно двойное лучепреломление является чувствительной инструмент для количественной оценки магнитные alignability полимолекулярных сборок. Bicelles соответствие перпендикулярно магнитное поле даст положительный , в то время как те параллельно краю даст отрицательный . Знак зависит от согласования установки и могут быть проверены с эталонного образца.