Populaire Berichten

Editor'S Choice - 2019

Water vormt 'ruggengraat van hydratatie' rond DNA, groepsvondsten

Anonim

Water is de meest voorkomende natuurlijke bron van de aarde, maar het is ook een beetje een mysterie vanwege zijn unieke solvaterende eigenschappen - dat wil zeggen, hoe de dingen erin oplossen.

advertentie


"Het is uniek aangepast aan de biologie en omgekeerd, " zei Poul Petersen, universitair docent scheikunde en chemische biologie aan de Cornell University. "Het is superflexibel, het dissipeert energie en bemiddelt interacties, en dat wordt steeds meer erkend in biologische systemen."

Hoe water zich verhoudt tot en interageert met die systemen - zoals DNA, de bouwsteen van alle levende dingen - is van cruciaal belang, en de groep van Petersen heeft een relatief nieuwe vorm van spectroscopie gebruikt om een ​​voorheen onbekende eigenschap van water waar te nemen.

"DNA's chirale wervelkolom van hydratatie", gepubliceerd op 24 mei in het American Chemical Society-tijdschrift Central Science, meldt de eerste observatie van een chirale water-superstructuur rond een biomolecuul. In dit geval volgt de waterstructuur de iconische spiraalvormige structuur van het DNA, dat zelf chiraal is, wat betekent dat het niet superponeerbaar is op zijn spiegelbeeld. Chiraliteit is een sleutelfactor in de biologie, omdat de meeste biomoleculen en geneesmiddelen chiraal zijn.

"Als je reactiviteit en biologie wilt begrijpen, dan is het niet alleen water op zichzelf, " zei Petersen. "Je wilt water rondom dingen begrijpen en begrijpen hoe het omgaat met het spul. En vooral met biologie wil je begrijpen hoe het zich gedraagt ​​rondom biologisch materiaal - zoals eiwitten en DNA."

Water speelt een belangrijke rol in de structuur en functie van DNA en de hydratatieschil ervan is het onderwerp geweest van veel studie. Moleculaire dynamica-simulaties hebben een breed scala aan gedragingen van de waterstructuur in de kleine groef van DNA aangetoond, het gebied waar de ruggengraten van de spiraalvormige streng dicht bij elkaar liggen.

Het werk van de groep maakte gebruik van chirale som frequentie generatie spectroscopie (SFG), een techniek die Petersen gedetailleerd beschreven in 2015 in het Journal of Physical Chemistry. SFG is een niet-lineaire optische methode waarbij twee fotonenstralen - één infrarood en één zichtbaar - een interactie aangaan met het monster, waardoor een SFG-straal wordt geproduceerd die de som van de frequenties van de twee stralen of energieën bevat. In dit geval was het monster een DNA-streng gekoppeld aan een met silicium bekleed prisma.

Meer manipulatie van de bundels en berekening bewees het bestaan ​​van een chirale water-superstructuur die DNA omgeeft.

Naast de nieuwigheid van het observeren van een chiraal waterstructuursjabloon door een biomolecuul, biedt chirale SFG een directe manier om water in de biologie te onderzoeken.

"De technieken die we hebben ontwikkeld, bieden een nieuwe manier om DNA-hydratatie te bestuderen, evenals andere supramoleculaire chirale structuren", zei Petersen.

De groep geeft toe dat de biologische relevantie van hun bevindingen onduidelijk is, maar Petersen vindt het vermogen om water en het gedrag ervan direct in biologische systemen te onderzoeken belangrijk.

"Zeker, scheikundige ingenieurs die biomimetische systemen ontwerpen en naar biologie kijken en proberen toepassingen als waterfiltratie te vinden, zouden hier belang aan hechten, " zei hij.

Een andere toepassing, zei Petersen, zou kunnen zijn in het maken van betere anti-biofoulingmaterialen, die resistent zijn tegen de accumulatie van micro-organismen, algen en dergelijke op bevochtigde oppervlakken.

advertentie



Verhaal Bron:

Materialen geleverd door Cornell University . Origineel geschreven door Tom Fleischman. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.


Journal Reference :

  1. M. Luke McDermott, Heather Vanselous, Steven A. Corcelli, Poul B. Petersen. DNA's Chiral Spine of Hydration . ACS Central Science, 2017; DOI: 10.1021 / acscentsci.7b00100