Een team van wetenschappers van DESY en Universität Hamburg heeft een nieuwe mijlpaal bereikt in de richting van de directe beeldvorming van individuele biomoleculen:de groep onder leiding van Jochen Küpper van het Center for Free-Electron Laser Science ontwikkelde een nieuwe experimentele techniek die de scheiding van verschillende peptidestructuren in om ze afzonderlijk te analyseren en af ​​te beelden. De wetenschappers rapporteren hun methode, die uiteindelijk kunnen worden toegepast in diverse experimenten, in het wetenschappelijke tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie .

Peptiden zijn een soort korte versie van eiwitten, de werkpaarden van het leven. Eiwitten bestrijken een breed scala aan functies in het organisme:ze reguleren de functionaliteit van levende cellen en zijn verantwoordelijk, bijvoorbeeld, voor de reproductie van cellen of het transport van zuurstof. Deze brede functionaliteit wordt mogelijk gemaakt door hun unieke driedimensionale structuur. Veranderingen in deze structuur kunnen de eiwitfunctie drastisch veranderen, mogelijk zelfs leidend tot ernstige ziekten. De 3-dimensionale eiwitstructuur wordt niet alleen bepaald door de volgorde van aminozuren, maar ook door intramoleculaire interacties zoals waterstofbinding tussen verschillende delen van het molecuul.

Een huidige methode om dergelijke interacties in detail te bestuderen, is het bestuderen van geïsoleerde kleine peptiden, dat zijn ketens van enkele aminozuren, in de gasfase. Echter, zelfs afzonderlijke aminozuren en kleine peptiden kunnen zichzelf rangschikken in verschillende driedimensionale structuren, zogenaamde conformeren. Dit feit maakt een gedetailleerde analyse van deze belangrijke biomoleculaire bouwstenen nogal ingewikkeld, omdat technieken zoals röntgendiffractie identieke driedimensionale structuren vereisen om structurele gegevens met atomaire resolutie te produceren.

"Ons doel was daarom om nieuwe experimentele technieken te ontwikkelen die peptidemonsters in de gasfase produceren met identieke driedimensionale structuren, " zegt Nicole Teschmit van het cluster of excellence CUI (Centre for Ultrafast Imaging) aan de Universität Hamburg, eerste auteur van de studie. Het team gebruikte laserdesorptie om zeer koude moleculaire bundels van intacte dipeptide-moleculen te produceren, die vervolgens werden geïdentificeerd door laserspectroscopie. Bij min 271 graden Celsius, de verschillende conformeren converteren niet langer in zo'n koude moleculaire bundel. Om de verschillende structuren ruimtelijk te scheiden, de wetenschappers gebruikten sterke elektrische velden die in wisselwerking staan ​​met de specifieke dipoolmomenten van de verschillende conformeren en deze naar verschillende mate afbuigen. Met deze methode zijn de wetenschappers er nu in geslaagd om de twee conformeren van het prototypische dipeptide Ac-Phe-Cys-NH volledig ruimtelijk te scheiden. ₂ en het produceren van zuivere monsters van beide conformeren in de gasfase.

"We zijn er voor het eerst in geslaagd koude moleculaire bundels van conformer-geselecteerde peptiden aan te tonen. Dergelijke monsters zullen de analyse van conformer-specifieke processen mogelijk maken met algemene technieken die gewoonlijk geen onderscheid kunnen maken tussen structuren, " zegt co-auteur Daniel Horke. Bovendien, de lage temperaturen van de gegenereerde moleculaire ensembles zorgen voor een sterke fixatie van de moleculen in de ruimte. Dit is een voorwaarde voor het opnemen van atomair opgeloste beelden van biomoleculen, zoals Küpper opmerkt:"Onze methode is een mijlpaal op weg naar een directe structurele beeldvorming van biologische moleculen."