A formação de estruturas biomoleculares ordenada pelo auto-montagem de pequenos peptídeos
Summary
Este documento descreve a formação de estruturas com base em peptídeos altamente ordenada pelo processo espontâneo de auto-montagem. O método utiliza peptídeos comercialmente disponíveis e equipamento de laboratório comum. Esta técnica pode ser aplicada a uma grande variedade de péptidos e podem conduzir à descoberta de novos conjuntos com base em peptídeos.
Abstract
Na natureza, complexas estruturas funcionais são formadas por auto-montagem de biomoléculas em condições suaves. Compreender as forças que controlam a auto-montagem e imitando este processo in vitro vai trazer grandes avanços nas áreas de ciência e nanotecnologia de materiais. Entre os blocos de construção biológica disponíveis, os péptidos têm várias vantagens uma vez que apresentam diversidade substancial, a sua síntese em grande escala é simples, e podem ser facilmente modificados com entidades biológicas e químicas 1,2. Várias classes de péptidos concebidos, tais como péptidos cíclicos, péptidos de anfifilo e peptídeo-conjugados de auto-montam em estruturas ordenadas em solução. Dipeptides Homoaromatic, são uma classe de peptídeos auto-organizados curtas que contenham toda a informação molecular necessário para formar estruturas ordenadas, como nanotubos, esferas e fibrilas 3-8. Uma grande variedade destes péptidos estão disponíveis comercialmente.
<pclass = "jove_content"> Este artigo apresenta um procedimento que leva à formação de estruturas ordenadas pela auto-montagem de peptídeos homoaromatic. O protocolo requer apenas reagentes comerciais e equipamentos básicos de laboratório. Além disso, o documento descreve alguns dos métodos disponíveis para a caracterização de conjuntos com base em peptídeos. Estes métodos incluem elétrons e microscopia de força atômica e Fourier Transform Infrared Spectroscopy-(FT-IR). Além disso, o manuscrito demonstra a mistura de peptídeos (coassembly) e a formação de um "pérolas num colar" estrutura semelhante por este processo. 9 Os protocolos aqui apresentados podem ser adaptadas a outras classes de péptidos ou blocos de construção biológica e pode potencialmente levar à descoberta de novas estruturas à base de péptidos e para um melhor controlo da sua montagem.Introduction
Formas Natureza ordenado e funcional das estruturas pelo processo de auto-montagem biomolecular. Compreender as forças que governam este processo espontâneo pode levar à capacidade de imitar a auto-montagem in vitro e, consequentemente, grandes avanços na área de ciências de materiais 10,11. Peptídeos, especificamente, são uma grande promessa como um bloco de construção biomolecular, pois apresentam grande diversidade estrutural, a facilidade de síntese química, e pode facilmente ser funcionalizadas com entidades biológicas e químicas. O campo de peptídeo auto-montagem foi iniciada por Ghadiri e seus colegas, que demonstraram a auto-montagem de nanotubos de peptídeo por peptídeos cíclicos com a alternância de D-e L-aminoácidos 12. Outras abordagens de sucesso para o projeto de conjuntos de peptídeos incluem peptídeos lineares bolaamphiphile 5, amphiphiles (AP) 6, peptídeos auto-complementares não conjugados iônicos 13, peptídeos surfactantes-like <sup> 4,14, e dibloco copolypeptides 15.
Uma abordagem mais recente envolve a auto-montagem de peptídeos aromáticos curtas, denominado dipeptides homoaromatic. Estes péptidos compreendem apenas dois aminoácidos com carácter aromático (por exemplo, Fen-Fen, terc-butilo (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. As estruturas formadas por estes péptidos homoaromatic incluem estruturas tubulares, esferas, os conjuntos do tipo folha e fibras 6,8,15,21-32. As fibras em alguns casos, gerar uma malha de fibrila que produz um hidrogel 33-37. Estes conjuntos foram explorados para aplicações de biosensing, distribuição de medicamentos, a eletrônica molecular, etc 38-45.
Este artigo descreve os passos experimentais necessários para iniciar o auto-montagem espontânea de peptídeos homoaromatic. Além disso, apresenta-se o processo de péptido coassembly. Este processo envolve a auto-montagem de mais do que um tipo de péptidomonómero.
A nossa demonstração inclui o coassembly de dois péptidos disponíveis comercialmente: o péptido difenilalanina (NH2-Phe-Phe-COOH) e o seu análogo Boc protegido (Boc-Fen-Fen-OH). Cada um dos péptidos auto-monta para uma estrutura supermolecular: as formas peptídicas difenilalanina conjuntos tubulares e os péptidos auto-montagem de Boc-Phe-Phe-OH em ambos esferas ou fibras de acordo com o solvente 7,17,46. Nós misturado os dois peptídeos em certas proporções e caracterizadas as assembleias resultaram por microscopia eletrônica, microscopia de força e espectroscopia FT-IR. Os métodos demonstrou a formação de uma estrutura à base de péptido, que é constituída por elementos esféricos com um diâmetro de vários microns (1-4 mm), que são ligados por conjuntos alongados com um diâmetro de algumas centenas de nanómetros (~ 300-800 nm) . Os conjuntos de cadeias assemelham frisado na sua morfologia, como as estruturas esféricas parecem ser enfiada sobre oassembléias alongados. Nós, portanto, classificou essas assembléias "colares biomolecular". Os "colares biomoleculares" poderá servir como um novo biomaterial, como um agente de entrega de drogas ou como suporte para aplicações eletrônicas. Além disso, o processo que conduz à auto-montagem de péptidos podem ser utilizadas com outras classes de péptidos e biomoléculas. Isso pode levar a uma melhor compreensão das forças envolvidas na auto-montagem e a formação de novas estruturas ordenadas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em resumo, este estudo demonstra a facilidade com que os conjuntos com base em peptídeos podem ser formados in vitro. O processo envolve a péptidos e solventes comercialmente disponíveis, e isto ocorre espontaneamente sob as condições ambientes, mediante a adição de um solvente polar para o tubo de ensaio. É fundamental utilizar HFP como um solvente dos peptídeos, devido à baixa solubilidade dos péptidos em outros solventes orgânicos. Além disso, devido à alta volatilidade da HFP, é necessário p…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Marie Curie Internacional Reintegração Grant e pela Fundação Alemã-Israel. Reconhecemos Mr. Yair Razvag para análise 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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