Formazione di strutture biomolecolari ordinate dalla Self-assemblaggio di piccoli peptidi
Summary
Questo documento descrive la formazione di strutture a base di peptidi altamente ordinati dal processo spontaneo di auto-assemblaggio. Il metodo utilizza peptidi disponibili sul mercato e le apparecchiature di laboratorio comune. Questa tecnica può essere applicata a una grande varietà di peptidi e può portare alla scoperta di nuovi assemblaggi a base di peptidi.
Abstract
In natura, strutture funzionali complesse sono formate dalla auto-assemblaggio di biomolecole in condizioni blande. Comprendere le forze che controllano l'auto-assemblaggio e imita questo processo in vitro porterà importanti progressi nei settori della scienza dei materiali e delle nanotecnologie. Tra i mattoni biologico disponibili, peptidi hanno diversi vantaggi in quanto presentano sostanziali diversità, la loro sintesi in grande scala è semplice, e possono essere facilmente modificati con entità biologiche e chimiche 1,2. Diverse classi di peptidi progettati come peptidi ciclici, peptidi amphiphile e peptide-coniugati auto-assemblano in strutture ordinate in soluzione. Dipeptidi Homoaromatic, sono una classe di piccoli peptidi auto-assemblati che contengono tutte le informazioni molecolari necessarie per formare strutture ordinate come i nanotubi, sfere e fibrille 3-8. Una grande varietà di questi peptidi è disponibile in commercio.
<pclass = "jove_content"> Questo articolo presenta una procedura che porta alla formazione di strutture ordinate dalla auto-assemblaggio di peptidi homoaromatic. Il protocollo richiede soltanto reagenti commerciali e attrezzature di laboratorio di base. Inoltre, il documento descrive alcuni dei metodi disponibili per la caratterizzazione di assiemi a base di peptidi. Questi metodi comprendono elettrone e microscopia a forza atomica e Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Inoltre, il manoscritto dimostra la miscela di peptidi (coassembly) e la formazione di un "perle su un filo" struttura simile da questo processo. 9 I protocolli qui presentati possono essere adattati ad altre classi di peptidi o blocchi biologica e possono potenzialmente portare alla scoperta di nuove strutture a base di peptidi e per un migliore controllo del loro assemblaggio.Introduction
Natura forma strutture ordinate e funzionale dal processo di auto-assemblaggio biomolecolare. Comprendere le forze che governano questo processo spontaneo può condurre alla capacità di imitare auto-assemblaggio in vitro e di conseguenza a maggiori progressi nel campo della scienza dei materiali 10,11. Peptidi, in particolare, molto promettenti come un blocco di costruzione biomolecolare, dal momento che presentano grandi diversità strutturale, facilità di sintesi chimica, e può essere facilmente funzionalizzati con entità biologiche e chimiche. Il campo di peptide auto-assemblaggio è stato lanciato da Ghadiri e dei suoi colleghi, che hanno dimostrato l'auto-assemblaggio di nanotubi peptidici da peptidi ciclici con alternanza di D-e L-aminoacidi 12. Altri approcci di successo per la progettazione di assiemi peptidici includono peptidi lineari bolaamphiphile 5, amphiphiles (AP) 6, non coniugati auto-complementari peptidi ionici 13, peptidi tensioattivi simile <sup> 4,14, e diblock copolypeptides 15.
Un approccio più recente prevede l'auto-assemblaggio di piccoli peptidi aromatici, definito dipeptidi homoaromatic. Questi peptidi comprendono solo due amminoacidi con la natura aromatica (ad es Phe-Phe, terz-butil dicarbonato (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. Le strutture formate da questi peptidi homoaromatic includono strutture tubolari, sfere, assemblee lastriformi e fibre 6,8,15,21-32. Le fibre in alcuni casi generano una maglia fibrille che produce un idrogel 33-37. Queste assemblee sono state sfruttate per applicazioni di biosensori, somministrazione di farmaci, elettronica molecolare, ecc. 38-45
Questo documento descrive i passi sperimentali necessarie per avviare la spontanea auto-assemblaggio di peptidi homoaromatic. Inoltre, esso presenta il processo di peptide coassembly. Questo processo implica l'auto-assemblaggio di più di un tipo di peptidemonomero.
La nostra dimostrazione include la coassembly di due peptidi disponibili in commercio: il peptide diphenylalanine (NH 2-Phe-Phe-COOH) e il suo Boc protetto analogico (Boc-Phe-Phe-OH). Ciascuno dei peptidi auto-assembla in una struttura supermolecolare: i formulari diphenylalanine peptide assemblee tubolari e le Boc-Phe-Phe-OH peptide auto-assembla in entrambi sfere o fibre a seconda del solvente 7,17,46. Abbiamo mescolato i due peptidi in determinati rapporti e caratterizzato le assemblee portato mediante microscopia elettronica, la forza microscopia e la spettroscopia FT-IR. I metodi hanno dimostrato la formazione di una struttura basata peptide che comprende elementi sferiche con un diametro di alcuni micron (1-4 micron) che sono collegati da assembly allungati con un diametro di poche centinaia di nanometri (~ 300-800 nm) . Le assemblee assomigliano stringhe di perline nella loro morfologia, le strutture sferiche sembrano essere filettato sulassiemi allungati. Abbiamo quindi chiamato queste assemblee "collane biomolecolari". Le "collane biomolecolari" potrebbero servire come un nuovo biomateriale, come agente di rilascio di farmaci o come impalcatura per applicazioni elettroniche. Inoltre, la procedura che porta alla auto-assemblaggio di peptidi può essere utilizzato con altre classi di peptidi e biomolecole. Essa può portare ad una migliore comprensione delle forze coinvolte in auto-assemblaggio e la formazione di nuove strutture ordinate.
Protocol
Representative Results
Discussion
In sintesi, questo documento dimostra la facilità con cui le assemblee a base di peptidi possono essere formati in vitro. Il processo prevede peptidi disponibili in commercio e solventi, e si verifica spontaneamente in condizioni ambientali, per aggiunta di un solvente polare nella provetta. È fondamentale utilizzare HFP come solvente dei peptidi, a causa della bassa solubilità dei peptidi in altri solventi organici. Inoltre, a causa della elevata volatilità di HFP è necessario preparare soluzione madre fr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal internazionali Marie Curie per il reinserimento Grant e dalla Fondazione tedesca-Israele. Riconosciamo Mr. Yair Razvag per l'analisi AFM.
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 |
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