Ein einzelnes Protein wird aus einem Meer von Molekülen gefangen

Ein einzelnes Protein kann „eingefangen“ werden, sodass seine Bewegung und Form im Detail untersucht werden kann. Forscher der Technischen Universität Delft in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München zeigen dies auf neue Weise lernen in einem Nanotechnologie der Natur. Aus einem Meer von Molekülen konnten die Forscher ein einzelnes Protein in ein Loch stecken. Nur Partikel einer bestimmten Form und Masse passen in dieses Loch.

Proteine ​​sind Makromoleküle, die in der Zelle Aufgaben erfüllen: Sie katalysieren unter anderem Reaktionen und transportieren Moleküle. Es bestimmt die Art und Weise, wie sich ein Protein beugt und seine Funktion bewegt. Es ist jedoch schwierig zu untersuchen, wie sich Proteine ​​biegen und bewegen, um gleichzeitig große Mengen an Proteinen zu erhalten – dann werden nur mittlere und große Bewegungen gemessen. Wer es schafft, ein einzelnes Protein zu studieren und nicht Tausende von Proteinen gleichzeitig, kann das Verhalten im Detail bestimmen. Dies wird es in Zukunft einfacher machen, zielgerichtete Medikamente zu entwickeln.

DNA-Kugel .stecken

Deutsche und niederländische Forscher entwickelten eine “Falle”, die aus zwei Teilen besteht. Die erste ist eine Membran, auf der sich ein elektrisches Stromfeld befindet, das ein “Nanoloch” enthält. Dies ist ein Loch mit einer Größe von etwa zehn Nanometern (zehn Millionstel Millimeter). Der elektrische Strom durch die Membran zieht die zweite Komponente, ein kugelförmiges DNA-Molekül, in das Loch. Sobald die DNA-Kugel im Loch stecken bleibt, nimmt sie Wasser mit darin befindlichen Molekülen wie ein Schwamm auf und lässt es teilweise durch (dank der elektroosmotischen Kraft). Im Loch wird nur ein Protein nachgewiesen; Jetzt wird das Loch sowohl durch die DNA-Domäne als auch durch das Protein blockiert. Andere Partikel können sich nicht mehr durch das Loch bewegen.

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Die Forscher zeigten, dass die Proteinfalle sehr nützlich ist, um einzelne Proteine ​​zu untersuchen. Sie messen, wie viele geladene Teilchen sich noch durch das Loch bewegen können, bevor und nachdem das Loch von einem Protein blockiert wird. Je größer das Protein, desto weniger geladene Teilchen fließen durch das Loch. Auch wenn sich die Form des Proteins ändert, ändert sich dieser Strom; Auf diese Weise können Forscher die Bewegung eines einzelnen Proteins untersuchen. Außerdem bleibt das Protein stundenlang stecken. Das ist eine Million Mal länger als bisher möglich.

Smiley und die Mona Lisa

Die DNA-Kugel, die das Loch blockiert, ist etwas Besonderes: Es handelt sich um eine DNA-Origami-Struktur. 2006 Gebraucht Der amerikanische Forscher Paul Rothemond verwendete DNA als Grundzutat, um alle möglichen Formen herzustellen, von denen die berühmteste der Smiley ist. Seitdem DNA-Origami zunehmend Gemacht – so da Mona Lisa Aus DNA. DNA-Origami kann heute mehr als nur lächeln: Es ist ein sehr nützliches Bastelmaterial. Forscher haben weitreichende Kontrolle über die Art und Weise, wie sie sich falten, und sie können DNA-Stücke punktgenau zusammenkleben. Zum Beispiel hat die DNA-Kugel in einer Proteinfalle genau die Größe, die benötigt wird, um in das Loch zu passen.

Erwin Peterman nennt die Studie “eine sehr originelle, gut ausgeführte und wunderschön geschriebene Geschichte”. Er ist Professor für Physik lebender Systeme an der Freien Universität Amsterdam. “Dies ist eine sehr gute Möglichkeit, die Formänderung von Proteinen zu messen. Viele andere Methoden funktionieren auch, haben aber einen großen Nachteil: Es ist fast unmöglich, länger als ein paar Sekunden zu messen. Diese Methode kann Stunden dauern eine Gelegenheit, das Verhalten eines einzelnen Proteins für lange Zeit zu verfolgen.“

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