Tin tức | Các phân tử trung hòa có thể hoạt động như hạt mang điện? Nhóm nghiên cứu Mỹ thách thức quan điểm hóa sinh truyền thống
Một nghiên cứu do Đại học Massachusetts Amherst chủ trì đã thách thức quan điểm tồn tại lâu nay về polyzwitterion: mặc dù được xem là trung hòa về điện, chúng di chuyển trong điện trường như các hạt mang điện. Được công bố trên Nature Communications, công trình này có thể hỗ trợ phân tích protein và carbohydrate, phân phối thuốc cùng các ứng dụng y sinh khác.
Nghiên cứu do nghiên cứu sinh ngành khoa học và kỹ thuật polymer Yeseul Lee thực hiện, với tác giả cấp cao Murugappan Muthukumar, Giáo sư Wilmer D. Barrett.
Polymer trung hòa hoạt động như mang điện, đảo ngược một giả định tiêu chuẩn
Polyzwitterion gồm các đơn vị zwitterion chứa cả nhóm dương và nhóm âm nhưng tổng thể trung hòa, nên theo quy ước chúng không nên di chuyển trong điện trường. Điện di đơn phân tử cho thấy:
PSBMA hoạt động như mang điện âm
PMPC hoạt động như mang điện dương
Nói cách khác, các phân tử trung hòa vốn được cho là không phản ứng lại di chuyển theo một hướng nhất định.
Lee cho biết: "Nghiên cứu của tôi xem xét hành vi của protein và amino acid, những thành phần cấu tạo nên các polymer sinh học. Trong môi trường tế bào chật chội, việc hiểu cách các phân tử di chuyển và giao tiếp là rất quan trọng."
Vì sao các phân tử trung hòa di chuyển? Chìa khóa là "điện tích ẩn"
Nhóm nghiên cứu đã xác định cơ chế này:
Một polyzwitterion có cấu trúc giống như xương sườn, với một đầu mang điện nhô ra ngoài và đầu còn lại nằm gần khung polymer. Nghiên cứu cho thấy:
PSBMA có điện tích âm ở "đầu mút" của xương sườn
PMPC có điện tích dương ở "đầu mút"
Điện tích còn lại bị suy yếu và phần lớn bị "che khuất" gần khung polymer
Do đó, điện tích ở đầu mút quyết định hướng di chuyển trong điện trường.
Đột phá thứ hai: điện trường bên trong tế bào không đồng nhất
Các nhà khoa học thường giả định rằng chất điện giải tế bào xung quanh các đại phân tử sinh học có hằng số điện môi đồng nhất, làm suy yếu mọi điện tích như nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu phát hiện:
Hằng số điện môi cục bộ khác nhau quanh các điện tích dương và âm
Hằng số điện môi thấp hơn đáng kể gần khung polymer
Hằng số này tăng lên khi cách xa khung polymer và tiến gần đầu mút hơn
Điều này cho thấy các điện trường vi mô bên trong tế bào phức tạp hơn so với suy nghĩ trước đây và tương tác phân tử không thể được mô tả bằng một quy tắc đồng nhất duy nhất.
Muthukumar cho biết: "Điều này đóng góp vào cơ học nền tảng của hóa sinh. Không ai biết hằng số điện môi thay đổi theo khoảng cách từ khung polymer. Chúng tôi đã quan sát hiện tượng này và định lượng các hệ quả."
Nền tảng mới cho nghiên cứu protein và y học chính xác
Phát hiện rằng các phân tử trung hòa có thể hoạt động như hạt mang điện mang đến góc nhìn mới về quá trình lắp ráp, di chuyển và tương tác của protein. Nhóm nghiên cứu cho biết phát hiện này có thể thúc đẩy:
Phát hiện bệnh sớm
Phân phối thuốc chính xác
Phân tích và nhận diện protein, carbohydrate
Sàng lọc và phân tách phân tử sinh học
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF) và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân (AFOSR).
Tin tức | Các phân tử trung hòa có thể hoạt động như hạt mang điện? Nhóm nghiên cứu Mỹ thách thức quan điểm hóa sinh truyền thống
Tin tức | Các phân tử trung hòa có thể hoạt động như hạt mang điện? Nhóm nghiên cứu Mỹ thách thức quan điểm hóa sinh truyền thống
Một nghiên cứu do Đại học Massachusetts Amherst chủ trì đã thách thức quan điểm tồn tại lâu nay về polyzwitterion: mặc dù được xem là trung hòa về điện, chúng di chuyển trong điện trường như các hạt mang điện. Được công bố trên Nature Communications, công trình này có thể hỗ trợ phân tích protein và carbohydrate, phân phối thuốc cùng các ứng dụng y sinh khác.
Nghiên cứu do nghiên cứu sinh ngành khoa học và kỹ thuật polymer Yeseul Lee thực hiện, với tác giả cấp cao Murugappan Muthukumar, Giáo sư Wilmer D. Barrett.
Polymer trung hòa hoạt động như mang điện, đảo ngược một giả định tiêu chuẩn
Polyzwitterion gồm các đơn vị zwitterion chứa cả nhóm dương và nhóm âm nhưng tổng thể trung hòa, nên theo quy ước chúng không nên di chuyển trong điện trường. Điện di đơn phân tử cho thấy:
PSBMA hoạt động như mang điện âm
PMPC hoạt động như mang điện dương
Nói cách khác, các phân tử trung hòa vốn được cho là không phản ứng lại di chuyển theo một hướng nhất định.
Lee cho biết: "Nghiên cứu của tôi xem xét hành vi của protein và amino acid, những thành phần cấu tạo nên các polymer sinh học. Trong môi trường tế bào chật chội, việc hiểu cách các phân tử di chuyển và giao tiếp là rất quan trọng."
Vì sao các phân tử trung hòa di chuyển? Chìa khóa là "điện tích ẩn"
Nhóm nghiên cứu đã xác định cơ chế này:
Một polyzwitterion có cấu trúc giống như xương sườn, với một đầu mang điện nhô ra ngoài và đầu còn lại nằm gần khung polymer. Nghiên cứu cho thấy:
PSBMA có điện tích âm ở "đầu mút" của xương sườn
PMPC có điện tích dương ở "đầu mút"
Điện tích còn lại bị suy yếu và phần lớn bị "che khuất" gần khung polymer
Do đó, điện tích ở đầu mút quyết định hướng di chuyển trong điện trường.
Đột phá thứ hai: điện trường bên trong tế bào không đồng nhất
Các nhà khoa học thường giả định rằng chất điện giải tế bào xung quanh các đại phân tử sinh học có hằng số điện môi đồng nhất, làm suy yếu mọi điện tích như nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu phát hiện:
Hằng số điện môi cục bộ khác nhau quanh các điện tích dương và âm
Hằng số điện môi thấp hơn đáng kể gần khung polymer
Hằng số này tăng lên khi cách xa khung polymer và tiến gần đầu mút hơn
Điều này cho thấy các điện trường vi mô bên trong tế bào phức tạp hơn so với suy nghĩ trước đây và tương tác phân tử không thể được mô tả bằng một quy tắc đồng nhất duy nhất.
Muthukumar cho biết: "Điều này đóng góp vào cơ học nền tảng của hóa sinh. Không ai biết hằng số điện môi thay đổi theo khoảng cách từ khung polymer. Chúng tôi đã quan sát hiện tượng này và định lượng các hệ quả."
Nền tảng mới cho nghiên cứu protein và y học chính xác
Phát hiện rằng các phân tử trung hòa có thể hoạt động như hạt mang điện mang đến góc nhìn mới về quá trình lắp ráp, di chuyển và tương tác của protein. Nhóm nghiên cứu cho biết phát hiện này có thể thúc đẩy:
Phát hiện bệnh sớm
Phân phối thuốc chính xác
Phân tích và nhận diện protein, carbohydrate
Sàng lọc và phân tách phân tử sinh học
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF) và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân (AFOSR).
Nguồn bài viết:
Thu thập trực tuyến