致病混乱可能产生新材料
当大多数人听到淀粉样这个词的时候,他们立即想到阿尔茨海默氏症。事实上,老年痴呆症患者的大脑中,这些密集的蛋白质质量是首次发现。但事实证明,除了扮演一个角色在许多疾病,淀粉也起着重要的结构作用在许多生物体从细菌到哺乳动物,和可能会点到一个全新的一类生物合成材料。
通常每个蛋白质折叠成特定形状的交互管理的许多方面与其他材料和生物体。但几乎所有的蛋白质和肽(有机分子类似但短)可以另外形式的淀粉,蛋白质,都有相同的基本结构,但密度形式集中质量,而不是精确的折叠的形状。这些密集的核心由成堆的分子结构称为β折叠,紧密地绑定在一起氢键;单一的“种子”附近的蛋白质淀粉样蛋白可以诱导许多陷入类似淀粉样结构。
现在马库斯·比勒,麻省理工学院土木与环境工程的副教授,讲师和图诺尔斯物理化学在英国剑桥大学,回顾和分析了淀粉形成的细节,不同特征的强度和附着力,他们可以假设,及其潜在的基础新材料。他们的分析,包括实验和计算方法,发表在《华尔街日报》7月31日自然纳米技术。工作主要由海军研究办公室资助,其他国家科学基金会的支持下,陆军研究办公室和美国空军科学研究办公室。
“一旦你形成一个淀粉样,没有办法回“正常蛋白质的形状,比勒说。自然正常的蛋白质分解及其组成部分细胞内回收,但淀粉分解顽固地抵抗——一个特性,作为结构材料给他们不同寻常的力量。
无处不在的大肠杆菌等细菌,产生amyloid-based生物膜,帮助他们坚持表面或其他细胞,甚至在液体环境中。“他们非常粘,”比勒说。“他们还粘在大脑中,这就是为什么他们不容易分解。他们干扰的功能组织。”Concentrations of amyloids within the human brain may play a role in the onset of Alzheimer's disease, Parkinson's disease and other neurological conditions.
除了他们的粘性,淀粉体异常强大的和有弹性的结构,可用于内部脚手架来支持细胞的结构形式。比勒和诺尔斯详细分析了淀粉的内部协议,涉及的层次结构在不同尺度结构——非常相似,例如,出丝的结构其非凡的力量。比勒比较这个层次结构的单词,句子和整本书的不同可以从创建一组有限的构建块的形式的字母。
比勒和诺尔斯发现,大多数蛋白质材料的刚度与他们的立场在有机体:最柔软的蛋白质如细胞内肌动蛋白或中间丝出现;硬的材料,如胶原蛋白、细胞外发生;和笔直的材料,如骨头或丝绸,通常形成一个外部结构骨架。但淀粉是一个值得注意的例外,显示异常僵硬甚至在组织——这可能导致他们的角色在促进疾病。
淀粉的开发工程的第一步,比勒说,会产生蛋白质材料需要与特定的属性,如附着于金属原子的结构。然后,这些蛋白可以诱导形成淀粉,保留这些属性。这个过程可以进行“与精度很高,”他说。“这是容易控制得多蛋白质折。”
比勒说淀粉可以用来产生纳米线用于高度小型化电路,它甚至可以产生更复杂的结构如同轴纳米线,电线导电圆柱体包围,如电视信号使用的电缆,从电磁干扰保护电流穿过它们。
其他应用程序正在开发包括使用淀粉样原纤维作为模板来控制聚合物的取向新的有机太阳能电池,用于缓释药物输送,生产三维支架的组织修复大脑——一个了不起的转变在神经退行性疾病的破坏性作用。另一个潜在的应用程序:胶粘剂耐溶剂和水。
埃胡德将军、教授研究和发展的前沿和副总统在以色列的特拉维夫大学,说这个分析是“小说和非常重要的。淀粉是自然界中最基本的结构之一——从病理学的角度以及从结构和功能的分子基础之一——真正的理解[他们的]力学性能是生物学和医学的中心。”The study of the molecular mechanics of such structures "paves a new way for the understanding of other ultra-rigid biological structures —[including] macroscopic ones, such as spider silk, and microscopic ones, such as cytoskeleton," he says.
这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。
