钻石可以帮助将蛋白质带入焦点

蛋白质是所有生物的构建块,它们存在几乎无限的品种,大部分内容尚未确定其高度复杂的结构。这些结构可能是开发新药或理解基本生物过程的关键。

但是,在这些复杂的折叠分子中找出原子的排列通常需要使它们形成足够大的晶体,以便细节观察 - 并且对于许多蛋白质,这是不可能的或令人生畏的。

现在由MIT和其他地方的研究人员开发的一种新技术对于产生高度详细的个体蛋白质的图像,这是一种很好的希望,无论它们的结构多么复杂,无需结晶。调查结果是 描述 在杂志中 物理评论X. 由MIT研究生Ashok Ajoy,Postdoc Ulf Bissbort,核科学与工程Paola Cappellaro副教授,以及麻省理工学院,新加坡科技与设计大学和哈佛大学。

该技术利用菱形缺陷内的微观缺陷在实验室中以受控方式诱导的金刚石缺陷。当氮原子引入晶体结构时,这些缺陷称为氮空位(NV)中心,每种缺陷在晶体结构中替换一个完全间隔的金刚石晶格中的一个碳原子。

这种格子还可包括天然存在的空位 - 从格子中的正常位置缺少碳原子的缺陷。当氮原子和空位聚集在一起时,它们形成了一个NV中心,可以利用它来检测位置和属性 - 具体地,旋转状态 - 原子中的质子和电子非常靠近它们。

这是通过在钻石表面上闪亮的激光来完成的,这会导致NV中心发荧光。通过检测和分析发射的光,可以重建附近颗粒的旋转的细节。

Ajoy说,在过去的几年里,在钻石中使用NV中心的能力已经发展,许多团体现在正在努力在量子计算和量子通信中使用它们。当NV中心非常接近金刚石表面时 - 在几纳米内 - 它们也可用于感测放置在表面上的分子内的旋转状态。然后,单个原子及其位置原则上可以检测并映射出来,揭示分子结构。

这个想法是“将生物分子放在钻石顶部,并尝试确定其结构”,“Ajoy解释道。用蛋白质,“结构和功能密切相关,”他说,能够映射到这种结构可以帮助了解如何理解一些基本的生物学过程,以及如何开发新药如何与特定的分子靶点相互作用。

“它可以帮助开发适合[目标分子]或块的东西,或阻挡它,”Ajoy说。 “第一步是了解结构。”

解码蛋白质分子结构的努力主要使用X射线晶体学,透射电子显微镜或核磁共振。但所有这些方法都需要大的样品体积 - 例如,X射线衍射需要将分子聚集为晶体 - 因此它们都不能用于研究个体分子。这极大地限制了这种技术的适用性。

“有许多分子在哪里无法锻炼,因为你不能生长晶体,或者它们很难成长,”Ajoy说。 “对于这些分子,我们的方法可能是有用的,因为你不需要晶体,你只需要一个分子。”

更重要的是,其他技术需要专门的条件,例如非常低的温度或真空,新技术“可能会在室温下确定环境条件下的结构”,“他说。

到目前为止的工作是理论;该团队已经开始的下一步是基于该技术生产实际图像。 “我们一年前开始建立这个设置,我们有初步实验,”Ajoy说。他说,分子的实际图像可能仍然是几年。

这种技术是德国乌尔大学普罗姆大学普罗姆斯·光学教授的FedorJelezko表示,这项技术是在德国德国德国的普罗姆多斯·光学教授表示,德国德国的普罗士··朱克科表示。 “这是一项优秀的工作,将为许多科学领域提供非常高的影响。我相信世界各地的几个群体将尝试实现实验“基于本文的想法。

除了Ajoy,Cappellaro和Bissbort之外,该团队还包括物理学米哈伊尔·卢辛和哈佛大学罗纳德沃尔斯温省高级讲师教授。这项工作得到了美国陆军研究办公室和国防高级研究项目机构的支持。



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