Bildung geordneter Strukturen Biomolekulare durch die Selbstorganisation von kurzen Peptiden
Summary
Dieses Papier beschreibt die Bildung von hochgeordnete Strukturen auf Peptid-Basis durch die spontane Prozeß der Selbstorganisation. Das Verfahren nutzt Handel befindlichen Peptiden und gemeinsame Laborgeräte. Diese Technik kann auf eine Vielzahl von Peptiden angewendet werden und kann auf die Entdeckung von neuen Peptid-basierten Anordnungen führen.
Abstract
In der Natur werden die komplexen funktionellen Strukturen durch Selbstorganisation von Biomolekülen unter milden Bedingungen gebildet. Das Verständnis der Kräfte, die Selbstorganisation zu steuern und imitiert diesen Vorgang in vitro wird über große Fortschritte in den Bereichen Materialwissenschaft und Nanotechnologie zu bringen. Unter den verfügbaren biologischen Bausteine sind Peptide mehrere Vorteile, da sie erhebliche Vielfalt zu präsentieren, deren Synthese im großen Maßstab ist einfach, und sie können leicht mit biologischen und chemischen Einheiten 1,2 geändert werden. Mehrere Klassen entworfen Peptide wie zyklische Peptide, amphiphile Peptide und Peptid-Konjugate Selbstorganisation zu geordneten Strukturen in Lösung. Homoaromatische Dipeptide, sind eine Klasse von kurzen selbstorganisierten Peptide, die alle erforderlichen Informationen, um molekulare geordnete Strukturen wie Nanoröhren, Kugeln und Fibrillen bilden 3-8 enthalten. Eine Vielzahl dieser Peptide ist im Handel erhältlich.
<pclass = "jove_content"> Dieser Beitrag stellt eine Prozedur, die zur Bildung von geordneten Strukturen der Selbstorganisation von homoaromatischen Peptide führt. Das Protokoll erfordert lediglich kommerziellen Reagenzien und Grundlaborgeräte. Darüber hinaus beschreibt das Papier einige der für die Charakterisierung von Peptid-basierten Baugruppen verfügbaren Methoden. Diese Methoden umfassen Elektronen-und Rasterkraftmikroskopie und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FT-IR). Darüber hinaus zeigt das Manuskript die Mischung von Peptiden (Coassemblierung) und die Bildung einer "Perlenkette"-ähnlichen Struktur, die durch diesen Prozess. 9. Die hier vorgestellten Protokolle können andere Klassen von Peptiden oder biologische Bausteine und möglicherweise angepasst werden kann zur Entdeckung neuer Peptidstrukturen und eine bessere Kontrolle ihrer Montage.Introduction
Naturformen bestellt und Funktionsstrukturen durch das Verfahren der biomolekularen Selbstmontage. Das Verständnis der Kräfte, die diese spontane Prozess regieren kann auf die Fähigkeit zur Selbstorganisation in vitro zu großen Fortschritten im Bereich der Materialwissenschaften 10,11 imitieren und damit zu führen. Peptide, insbesondere ein großes Versprechen als biomolekulare Baustein, da sie große Strukturvielfalt, einfache chemische Synthese zu präsentieren, und kann leicht mit biologischen und chemischen Einheiten funktionalisiert werden. Das Gebiet der Peptidselbstorganisation durch Ghadiris und seiner Kollegen, die die Selbstorganisation von Peptid-Nanoröhren durch cyclische Peptide mit alternierenden D-und L-Aminosäuren 12 gezeigt, voran. Andere erfolgreiche Ansätze für den Entwurf von Peptidanordnungen umfassen lineare Peptide Bolaamphiphil 5, Amphiphile (AP) 6, nichtkonjugierten selbstkomplementären ionischen Peptide 13, Tensid-ähnliche Peptide <sup> 4,14 und Diblock Copolypeptide 15.
Ein neuerer Ansatz ist die Selbstorganisation von kurzen Peptiden aromatischen, bezeichnet als homoaromatische Dipeptide. Diese Peptide umfassen nur zwei Aminosäuren mit aromatischer Natur (z. B. Phe-Phe-, tert-Butyldicarbonat (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. Die von diesen Peptiden gebildet homoaromatische Strukturen sind röhrenförmige Strukturen, Kugeln, blattartige Baugruppen und Fasern 6,8,15,21-32. Die Fasern in einigen Fällen erzeugen eine Fibrillen-Netz, das ein Hydrogel 33-37 ergibt. Diese Baugruppen sind für Anwendungen von Biosensoren, Drug Delivery, molekulare Elektronik, etc. genutzt. 38-45
Dieses Papier beschreibt die experimentellen Schritte, um die spontane Selbstorganisation von homoaromatischen Peptide starten benötigt. Darüber hinaus stellt sie den Prozess der Peptid Coassemblierung. Dieser Prozess beinhaltet die Selbstanordnung von mehr als einem Typ von PeptidMonomer.
Unsere Demonstration umfasst die Coassemblierung zweier kommerziell erhältlicher Peptide: Peptid die Diphenylalanin (NH 2-Phe-Phe-COOH) und Boc geschützte Analogon (Boc-Phe-Phe-OH). Jedes der Peptide selbst montiert in eine super Struktur: Die Diphenylalanin Peptid Formen Rohrbaugruppen und die Boc-Phe-Phe-OH Peptidselbstorganisation in entweder Kugeln oder Fasern je nach Lösungsmittel 7,17,46. Wir mischten die beiden Peptide in bestimmten Verhältnissen und dadurch die Folge Anordnungen durch Elektronenmikroskopie, Kraftmikroskopie und FT-IR-Spektroskopie. Die Verfahren zeigten die Bildung einer Peptid-Struktur, die auf der Basis von kugelförmigen Elementen mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern (1-4 um), die durch längliche Anordnungen mit einem Durchmesser von einigen hundert Nanometern verbunden sind (~ 300-800 nm) besteht . Die Anordnungen ähneln Perlen Strings in ihrer Morphologie, wie die sphärischen Strukturen scheinen auf die Gewinde werdenlängliche Baugruppen. Deshalb bezeichnet diese Baugruppen "biomolekularen Halsketten". Die "biomolekularen Halsketten" könnte als neues Biomaterial zu dienen, als Drug-Delivery-Agent oder als Gerüst für elektronische Anwendungen. Darüber hinaus kann das Verfahren, das zum Selbstorganisation von Peptiden führt mit anderen Klassen von Peptiden und Biomolekülen verwendet werden. Es kann zu einem besseren Verständnis der bei der Selbstorganisation und die Bildung von neuen geordneten Strukturen auftretenden Kräfte führen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zusammenfassend zeigt dieses Dokument die Leichtigkeit, mit der Peptid-basierten Anordnungen können in vitro gebildet werden. Das Verfahren beinhaltet im Handel befindlichen Peptiden und Lösungsmittel, und es tritt spontan unter Umgebungsbedingungen durch die Zugabe eines polaren Lösungsmittels in das Reagenzglas. Es ist entscheidend, HFP als Lösungsmittel der Peptide zu verwenden, aufgrund der geringen Löslichkeit der Peptide in anderen organischen Lösungsmitteln. Darüber hinaus aufgrund der hohen Volat…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Marie-Curie International Reintegration Grant und von der Deutsch-Israel-Stiftung. Wir erkennen an, Herr Yair Razvag für AFM-Analyse.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| NH2-Phe-Phe-OH | Bachem | G-2925.0001 | |
| Boc-Phe-Phe-OH | Bachem | A-3205.0005 | |
| 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol | Sigma-Aldrich | 52512-100ML | |
| Ethanol absolute (Dehydrated) AR sterile | Bio-Lab Ltd. | 52555 | Blending with TDW for the preparation of 50% solution |
| Uranyl acetate | Sigma-Aldrich | 73943 | For negative staining. It is possible to work without it. |
| glass cover slip | Marienfeld Laboratory Glassware | 110590 | |
| TEM grids | Electron Microscopy Sciences | FCF200-Cu-50 | Formvar/Carbon 200 Mesh, Cu |
| Quantitive filter paper | Whatman | 1001055 | |
| Deuterium Oxide (D2O) | Sigma-Aldrich | 151882-100G | 99.9 atom % D |
| CaF2 window | PIKE Technologies | 160-1212 | 25 mm x 2 mm window. For FT-IR measurments |
| AFM tips | NanoScience Instruments | CFMR | Aspire probes, CFMR-25 series |
| Filter units | Millipore | SLGV033RS | Millex-GV, 0.22 μm, PVDF, 33 mm, gamma sterilized |
| SEM | FEI | Quanta 200 ESEM | |
| TEM | FEI | Tecnai T12 G2 Spirit | |
| AFM | JPK Instruments | A JPK NanoWizard3 | |
| FT-IR | Thermo Fisher Scientific | Nicolet 6700 advanced gold spectrometer | |
| FT-IR Purge | Parker | BALSTON FT-IR Purge Gas Generator model 75-52 | |
| OMNIC (Nicolet) software | Thermo Nicolet Corporation | For FT-IR spectra analysis | |
| Vortex mixer | Wisd Laboratory Equipment | ViseMix VM | |
| Weight | Mettler Toledo | NewClassic MS | |
| Sputter coater | Polaron | SC7640 Sputter Coater |
Referências
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