Forma e allineamento sono tutto. Il modo in cui pezzi di dimensioni nanometriche si incastrano in un'intera struttura determina le prestazioni di una cellula vivente o di un dispositivo fabbricato artificialmente. Un nuovo metodo per aiutare a capire e prevedere tale struttura è arrivato con l'uso di successo di un nuovo strumento di imaging.

Giunto azionato dal laser, imaging a fluorescenza bidimensionale e modellazione computerizzata ad alte prestazioni, un team di sei membri - guidato dal chimico dell'Università dell'Oregon Andrew H. Marcus e dal chimico dell'Università di Harvard Alan Aspuru-Guzik - ha risolto la conformazione delle molecole di porfirina autoassemblate in una membrana biologica.

Le porfirine sono composti organici ubiquitari negli esseri viventi. Trasportano cariche elettriche mobili che possono saltare da una molecola all'altra e consentono comunicazioni su scala nanometrica e trasferimento di energia. Sono anche elementi costitutivi dei nanodispositivi.

La nuova tecnica - spettroscopia di fluorescenza 2D a modulazione di fase - è dettagliata in un documento che dovrebbe apparire online questa settimana prima della pubblicazione regolare negli Atti della National Academy of Sciences. La svolta aggira il passaggio spesso necessario per ottenere cristalli di molecole che vengono studiate, disse Marco, un membro dell'Oregon Center for Optics, Istituto di Scienza dei Materiali e Istituto di Biologia Molecolare. La maggior parte delle molecole biologiche funzionali non forma facilmente i cristalli.

"La nostra tecnica è un modo praticabile per determinare come gli oggetti macromolecolari si assemblano e formano le strutture che faranno in ambienti biologici, " Marcus ha detto. "È robusto e fornirà un mezzo per studiare le interazioni biologiche proteina-acido nucleico".

Sono già in corso lavori per modificare la strumentazione sperimentale nel laboratorio di ottica ad alta stabilità stabile e a temperatura controllata dell'UO per applicare la ricerca sui macchinari per la replicazione del DNA - una categoria dei complessi macromolecolari più noti, che consistono in acidi nucleici e proteine ​​che devono essere adeguatamente allineati per funzionare correttamente. "È una strategia che ci permetterà di fare due cose:guardare questi complessi una molecola alla volta, ed eseguire esperimenti a lunghezze d'onda ultraviolette corte per esaminare i problemi del DNA, " Egli ha detto.

Inoltre, l'approccio dovrebbe essere utile agli scienziati dei materiali che cercano di comprendere e sfruttare la necessaria conformazione dei polimeri utilizzati nella produzione di dispositivi su scala nanometrica. "In biologia, grandi molecole si assemblano per formare strutture molto complesse che lavorano tutte insieme come una macchina, " Marcus ha detto. "Il modo in cui queste strutture su scala nanometrica si formano e diventano funzionali è una questione attivamente perseguita".

La tecnica si basa su versioni precedenti della spettroscopia ottica bidimensionale (2D) emerse nel tentativo di aggirare i limiti coinvolti nell'applicazione della cristallografia a raggi X e della risonanza magnetica nucleare a tale ricerca. I precedenti approcci 2D dipendevano dal rilevamento dei segnali trasmessi ma mancavano della sensibilità desiderata.

Il nuovo approccio può essere combinato con la microscopia a fluorescenza a molecola singola per consentire la ricerca fino ad oggi alla più piccola scala, ha detto Marco. "Con fluorescenza, puoi vedere e misurare cosa succede una molecola alla volta. Prevediamo che questo approccio ci consentirà di esaminare i singoli assemblaggi molecolari".