Light gets the message out - Thông lưu nhờ ánh sáng ppsx

Light gets the message out
- Thông lưu nhờ ánh sáng




Protein đóng vai trò
rất quan trọng trong
công nghệ nano.
Hiện người ta đã lợi
dụng kênh protein
trên màng đ
ể chế tạo
thành công một van nano điều
biến bởi ánh sáng.





Các nghiên cứu tại Hà Lan đã phát
minh một loại van phân tử mở và
đóng của nhờ ánh sáng, có kích
thư
ớc nano. Họ hy vọng sử dụng nó
trong liệu pháp quang phân phối
thuốc cũng như nhiều ứng dụng
khác.

Van này có bản chất là một protein

tự nhiên nằm trên màng lipid.
Protein này khi mở tạo ra kênh dẫn
nước và các chất hòa tan nên có th
ể
sử dụng để để điều khiển việc vận
chuy
ển vật liệu giữa các ngăn trong
hệ thống kênh dẫn nano của túi
lipid (lipid-vesicle-based
nanofluidic system).

Van nano là một ví dụ nữa trong số
các thiết bị cỡ phân tử đã biết lợi
dụng sự biến đổi có hệ thống của
protein trong tế bào. Trước đây
người ta đã sử dụng protein vận
động (motor protein) để vận
chuyển ở quy mô nano, và protein
di động (motion protein), protein
bơm proton để điều khiển gradient
pH, và protein tạo lỗ (pore-
forming
protein) để làm cảm biến nano
(nanosensor).

Ben Feringa và cộng sự thuộc đại
học Groningen tạo van nano từ
kênh protein của vi khuẩn gọi là
MscL. Bình thường, kênh này mở
ra do áp suất. Nó là m

ột khối gồm 5
chuỗi peptide đồng nhất trùng hợp
với nhau tạo ra lỗ mở hình trụ gồm
các chuỗi xoắn (helix chain) trên
màng (xem hình).

L
ỗ MscL có cấu trúc hẹp, thẳng với
các gốc kỵ nước trên chuỗi protein.
Khi đóng, cấu trúc này khép chặt
kênh, không cho nước và các chất
hòa tan đi qua. Nhưng áp lực cơ
học trên lỗ- chẳng hạn gây ra do
chất lỏng làm tế bào vi khuẩn
phồng ra - mở chỗ khép lại để nư
ớc
và các phân tử nhỏ đi qua.

Feringa và cộng sự muốn dùng tín
hiệu ánh sáng để mở lỗ này thay vì
áp suất như thông thường. Điều đó
giúp van dễ điều khiển hơn.

Mấu chốt để mở MscL là thêm vào
sự ion hóa, các nhóm ưa nư
ớc trong
vùng cấu trúc hẹp. Điều này không
chỉ giúp nước thấm vào phần này
của lỗ và đẩy nó mở ra mà lực đẩy
tĩnh điện giữa một số nhóm có thể

đẩy vách lỗ tách ra.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu tìm ra
một cách để bao phần vách lỗ bằng
nguyên tử thay thế, nguyên tử này
tách nhau ra thành các nhóm ion
khi chiếu tia cực tím. Đầu tiên, họ
thay một axit amin trên cùng m
ột vị
trí của cả 5 helix chuyển màng
bằng một axit amin khác: thay
glycine tại vị trí 22 dọc theo chuỗi
peptide bằng cysteine.

Sau đó họ phản ứng lỗ protein với
một phân tử hữu cơ nhỏ có khả
năng tạo liên kết đặc hiệu với
cysteine. Qua đó có thể cắt các
nhóm th
ế ra khỏi phần vách lỗ bằng
ánh sáng. Tia UV bước sóng dài
không gây nguy hại gì cho lỗ, cắt
bỏ phần thay thế này và giải phóng
các nhóm carboxylate tích điện âm.


Điều này làm mở bất thuận nghịch
MscL bởi ánh sáng. Nhưng van
nano thực sự cần có khả năng mở
và đóng thuận nghịch. Để làm điều

này, Feringa và cộng sự sử dụng
các nhóm thế nhạy sáng khác nhau
gắn với cysteine: một trong số đó l
à
spiropyran có dạng mạch vòng, nó
bị cắt mở vòng tạo thành dạng
lưỡng cực bởi tia UV. Khi chiếu
ánh sáng khả kiến, vòng này nối
lại, làm spiropyran tr
ở về trạng thái
trung hòa điện tích ban đầu.

Bằng cách này, các nhà nghiên cứu
tạo ra những lỗ nano có khả năng
mở ra sau hai phút chiếu UV và
đóng lại sau vài giây chiếu ánh
sáng khả kiến. Họ cho thấy rằng có
thể sử dụng thiết bị này để điều
khiển việc giải phóng thuốc nhuộm
phát huỳnh quang từ các hốc lipid:
có thể dùng cách này để điều khiển
các phân tử thuốc lưu thông.