Een team van wetenschappers heeft DESY's röntgenbron PETRA III gebruikt om de structurele veranderingen te analyseren die plaatsvinden in een ei wanneer je het kookt. Het werk laat zien hoe de eiwitten in het wit van een kippenei zich ontvouwen en met elkaar verknopen om bij verhitting een vaste structuur te vormen. Hun innovatieve methode kan interessant zijn voor zowel de voedingsindustrie als voor het brede onderzoeksveld rond eiwitanalyse. De samenwerking van twee groepen, onder leiding van professor Frank Schreiber van de Universiteit van Tübingen en professor Christian Gutt van de Universiteit van Siegen, met wetenschappers van DESY en European XFEL rapporteert het onderzoek in twee artikelen in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Eieren behoren tot de meest veelzijdige voedselingrediënten. Ze kunnen de vorm aannemen van een gel of een schuim, ze kunnen relatief vast zijn en ook dienen als basis voor emulsies. Bij ongeveer 80 graden Celsius, eiwit wordt vast en ondoorzichtig. Dit komt doordat de eiwitten in het eiwit een netwerkstructuur vormen. Het bestuderen van de exacte moleculaire structuur van eiwit vereist energetische straling, zoals röntgenstralen, die het ondoorzichtige eiwit kan doordringen en een golflengte heeft die niet langer is dan de onderzochte structuren.

Gecontroleerde verwarming

"Om de structurele evolutie in detail te begrijpen, je moet het fenomeen bestuderen op micrometerschaal, " legt Dr. Nafisa Begam uit, de hoofdauteur van de eerste studie, die een Alexander von Humboldt-collega is in de groep van Schreiber. De wetenschappers gebruikten zogenaamde röntgenfotoncorrelatiespectroscopie (XPCS) met een specifieke geometrie waarmee ze de structuur en de dynamiek van de eiwitten in het eiwit konden bepalen.

Voor hun experimenten op de P10-bundellijn bij PETRA III gebruikten de wetenschappers een kippenei uit een supermarkt en vulden het eiwit in een kwartsbuis met een diameter van 1,5 millimeter. "Binnenkant, het eiwit werd gecontroleerd verhit terwijl we het analyseerden met behulp van de röntgenstralen, " legt DESY co-auteur Fabian Westermeier uit. "De röntgenstraal werd uitgebreid tot 0,1 bij 0,1 millimeter, om de stralingsdosis onder de schadedrempel van de eiwitstructuren te houden."

Exponentiële netwerkvorming in het drie-minuten-ei

De metingen onthullen de eiwitdynamiek in het eiwit over een periode van ongeveer een kwartier. Gedurende de eerste drie minuten, het eiwitnetwerk groeide exponentieel, na ongeveer vijf minuten een plateau bereiken, waarbij vrijwel geen eiwitverbindingen meer werden gevormd. Momenteel, de gemiddelde maaswijdte van het eiwitnetwerk was ongeveer 0,4 micrometer (duizendsten van een millimeter).

In de tweede studie het team gebruikte de XPCS-techniek om de zelforganisatie van eiwitoplossingen in domeinen te onderzoeken met, respectievelijk, hoge en lage eiwitconcentratie, als voorbeeld van structuurvorming in celbiologie. In het proces, ze waren in staat om de temperatuurafhankelijke dynamiek in de tijd te volgen. "Bij hoge eiwitdichtheden, mobiliteit neemt af, wat de fasescheiding vertraagt. Dit is belangrijk voor de bijzondere dynamiek van het systeem, " meldt hoofdauteur Anita Girelli van de groep van Schreiber.

De studies, die werden gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF), onthullen niet alleen nieuwe details over de structurele veranderingen die optreden in eiwitten, maar bewijzen ook het experimentele concept, die ook voor andere monsters kan worden gebruikt, zoals blijkt uit de tweede studie. "Het succesvol toepassen van röntgenfotoncorrelatiespectroscopie opent een nieuwe manier om de dynamiek van biomoleculen te bestuderen, wat essentieel is als we ze goed willen begrijpen, ’ zegt Schreiber.