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拉曼光谱平台提供内在无序蛋白质的见解

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香港,4月30日2021年 - 香港科技大学(HKST)的研究人员开发了光学镊子耦合拉曼光谱学这可以直接探测α-突触核蛋白的结构特征,是与帕金森病密切相关的本质上无序的蛋白质(IDP)。通过专注于个体蛋白质分子,方法探测在生理浓度下IDP。

分析低浓度的蛋白质是一种挑战,特别是对于那些在各种构象的混合物中,例如IDPS在生物过程中起重要作用的那些 - 许多IDP与未经治疗的神经变性疾病相关。Alpha-Synuclein是一种典型的IDP,因为它缺乏稳定的3D架构,称为“二级结构”。IDP自发地经历从一个二级结构到另一个二级结构的转化,这最终可能导致涉及帕金森病病理学的蛋白质聚集体的累积。

通过表面增强拉曼光谱法为蛋白质结构表征的光学镊子控制热点。香港科技大学文斯特·梅花梅花和锦青黄礼制。
光学镊子控制的蛋白质结构表征的热点通过表面增强拉曼光谱。香港科技大学文斯特·梅花梅花和锦青黄礼制。
收敛过程中的瞬态物质具有各种结构,并且在动态平衡混合物中存在低群体。结果,它们的结构特征通常在通过传统测量技术获得的检测结果下被掩埋,该技术平均从大量样品量检测到的信号和长检测时间。

在这项新的研究中,由助理化学教授黄金青领导的研究团队集成了光镊和表面增强拉曼光谱(SERS),产生了在水环境中单分子水平灵敏度可调谐和可重复的SERS增强。该团队设计的新平台使其能够表征IDP,同时保持IDP具有生物学意义的内在异质性。

具体来说,研究人员展示了他们可以使用光镊来可视化和控制一个“热点”,允许蛋白质在微流控室中通过。这使得实时调整测量参数更容易,从而实现原位光谱表征。在生理浓度为1 μM时,通过减少集合平均的数量和时间,直接识别了α -synuclein主要单体的瞬态物种的结构特征。

成员表示,在团队的SERS平台上展示了​​对淀粉样蛋白聚集的启动的能力,展示了强有力的潜力,可用于揭示某些动态,异质和复杂的生物系统中IDP的结构信息。

研究人员在研究中使用了微米大小的镀银纳米颗粒的硅小球;该策略能够精确控制两个捕获珠子之间的热点,以提高SERS效率和水溶液检测的重现性,金青说。

“除了可调谐SERS增强外,集成的光学镊子还提供亚晶仪空间分辨率和Subpiconewton强制敏感性,以监测等离子体热点中的浅品相互作用以进行额外的身体洞察力,”她说。

研究人员还表示,该方法在生物物理学领域打开了一扇新的大门,可以表征稀溶液中瞬时的IDPs物种,这仍然是一个重大挑战。

“最终,充分利用集成光镊的精确力操纵来展开可控热点内的单个蛋白质,并通过集成拉曼光谱从内源性分子振动中解决其结构动力学,这将是令人兴奋的,”金青说。

该研究发表在自然通信www.doi.org/10.1038/s41467 - 021 - 21543 - 3)。

photonics.com.
2021年4月
术语表
拉曼光谱学
该分支针对拉曼光谱,用于提供研究分子地层纯旋转,纯振动和旋转振动能的方法。拉曼光谱取决于与分子的入射光Quanta的碰撞,诱导分子经历变化。
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