Peptídeos ricos em ácido aspártico adsorvidos em uma superfície de cristal de oxalato de cálcio mono-hidratado (COM). Modelos de um peptídeo e estrutura de cristal COM são sobrepostos em uma imagem AFM coletada durante o crescimento da face [010] de COM. A imagem AFM renderizada revela a estrutura molecular da superfície do cristal, incluindo sítios de torção individuais ao longo de uma única etapa atômica. Os picos altos mostram os grupos de oxalato individuais e a dimensão ao longo da borda inferior da imagem é de 60 angstroms.
(PhysOrg.com) - Ao produzir algumas das imagens de maior resolução de peptídeos que se ligam a superfícies minerais, os cientistas têm uma compreensão mais profunda de como as biomoléculas manipulam os cristais de crescimento. Esta pesquisa pode levar a um novo tratamento para pedras nos rins usando biomoléculas.
A pesquisa, que aparece na edição online de 23 de novembro da revista Proceedings of the National Academy of Sciences , explora como os peptídeos interagem com as superfícies minerais, acelerando, mudando e inibindo seu crescimento.
O time, composta por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, a Molecular Foundry em Lawrence Berkeley, a Universidade da Califórnia, Davis e a Universidade do Alabama, pela primeira vez produziu imagens de resolução de molécula única desta interação mineral-peptídeo.
Os minerais inorgânicos desempenham um papel importante na maioria dos organismos biológicos. Osso, dentes, conchas protetoras ou as intrincadas paredes celulares das diatomáceas marinhas são algumas exibições de biomineralização, onde organismos vivos formam estruturas usando material inorgânico. Alguns minerais também podem ter efeitos negativos em um organismo, como nos rins e cálculos biliares, que levam a severos sofrimentos e danos internos em humanos e outros mamíferos.
Compreender como os organismos limitam o crescimento de minerais inorgânicos patológicos é importante no desenvolvimento de novas estratégias de tratamento. Mas decifrar os caminhos complexos que os organismos usam para criar estruturas fortes e versáteis a partir de materiais relativamente simples não é tarefa fácil. Para entender melhor o processo, os cientistas tentam imitá-los em laboratório.
Ao melhorar o poder de resolução de um Microscópio de Força Atômica (AFM), a PNAS autores foram capazes de criar imagens de camadas atômicas individuais do cristal interagindo com pequenos fragmentos de proteínas, ou peptídeos, à medida que caíam na superfície do cristal.
"Imagens de biomoléculas que estão fracamente ligadas a uma superfície, ao mesmo tempo em que atinge a resolução de uma única molécula, normalmente é difícil de fazer sem derrubar as moléculas, "disse Raymond Friddle, um pós-doutorado LLNL. Mas a equipe aprimorou os métodos anteriores e alcançou uma resolução sem precedentes da estrutura molecular da superfície do cristal durante a interação dinâmica de cada camada de crescimento com os peptídeos. "Pudemos observar os peptídeos aderirem à superfície, abrandar temporariamente uma camada do cristal em crescimento, e surpreendentemente 'pula' para o próximo nível da superfície do cristal. "
As imagens também revelaram um mecanismo que as moléculas podem usar para se ligar a superfícies que normalmente as repeliriam. As imagens de alta resolução mostraram que os peptídeos se aglomeram em faces de cristal que apresentam a mesma carga eletrônica. Sob certas condições, os peptídeos retardariam o crescimento, enquanto em outras condições os peptídeos podem acelerar o crescimento.
Em outra face do cristal, onde se esperava que os peptídeos se ligassem fortemente, os pesquisadores descobriram, em vez disso, que os peptídeos não se ligam à superfície a menos que o crescimento do cristal diminua. Os peptídeos precisavam se ligar de uma maneira específica ao rosto, o que leva mais tempo do que um anexo não específico. Como resultado, as camadas crescentes do cristal foram capazes de liberar os peptídeos enquanto tentavam se ligar.
Mas quando os pesquisadores diminuíram a taxa de crescimento do cristal, os peptídeos colapsaram na superfície com tanta força que interromperam completamente o crescimento. Os pesquisadores propuseram que o fenômeno se deve às propriedades únicas dos biopolímeros, como peptídeos ou polieletrólitos, que flutuam em solução antes de repousar em uma configuração estável em uma superfície.
"Os resultados da queda catastrófica no crescimento de peptídeos sugerem maneiras de os organismos alcançarem proteção contra a mineralização patológica, "disse Jim De Yoreo, o líder do projeto e vice-diretor de pesquisa da Fundição Molecular do LBNL. "Assim que o crescimento for interrompido, uma concentração muito alta do mineral será necessária antes que o crescimento possa novamente atingir níveis significativos. "
Ele disse projetar modificadores polieletrólitos nos quais a carga, o tamanho e a capacidade de repelir água podem ser sistematicamente variados, o que permitiria aos pesquisadores criar o equivalente a "interruptores, aceleradores e freios "para direcionar a cristalização.
Fonte:Laboratório Nacional Lawrence Livermore
