生物分子的结合纳米分子连接已成为分子电子学的研究领域相关( 1, 2]。然而,理解电子传递通过复杂的生物分子结构很困难,有时相互矛盾的( 3, 4]。非弹性电子隧穿谱(专业)是一个强大的纳米工具描述隧道电子之间的相互作用和离散分子振动的途径传导( 5]。最近,专业用于识别结合分子物种( 6],metal-molecule界面化学相互作用[ 7),分子的取向 8),和随后的轨道路径隧穿电子( 9]。虽然电子传递蛋白的性质问题感兴趣的一段时间( 10- - - - - - 13),专业从来没有应用于包含大量蛋白质多肽分子连接的特性。在这里,我们调查是否专业适用于polypeptide-based分子连接,可以检测生理相关肽的转译后修饰如磷酸化。在这项研究中,我们把一个肽及其磷酸化衍生物分子结在一个很好的描述体系结构( 7, 14用专业和I / V)和描述他们的分析。

肽是来自Ca^{2 +}/钙调蛋白(CaM)端依赖蛋白激酶2(第二凸轮激酶),Ca的重要中介^{2 +}信号通路在细胞。磷酸化刺286诱发释放这种蛋白质的构象转变^{2 +}介导的激活( 6]。一百一十一管理域的氨基酸序列凸轮激酶二世(281 - 291)氨基酸肽是用作测试。为基础在硅结构的研究中,氨基酸的坐标281 - 291获得晶体结构的凸轮激酶II PDB 2 bdw [ 15]。

刺286被发现在螺旋的部分隔离的测试( 15]。后替换Ile 281和285 Asp会见了Glu、能量最小化使用共轭梯度方法执行以下氨基酸序列:Met-His-Arg-Gln-Glu-Thr-Val-Asp-Cys-Leu-Lys。在最小化结构,未来286年的侧链磷酸化和修改后的肽进一步最小化使用相同的算法(CHARMm力场( 16])。最小化是无溶剂和隐式溶剂由军事介质。nonphosphorylated测试肽是随机的组合线圈和α螺旋二级结构元素(图 1(一))。磷酸化肽(图的模型 1 (b))显示一个构象的改变。Arg的interatom距离C (b)和283 (g)阿刺286 nonphosphorylated肽是3.310,虽然是磷酸化肽5.214,1.904的距离增加。

测试使用自组装肽为特征metal-peptide-metal结( 14]。肽的半胱氨酸为链接提供了硫醇基金电极( 17, 18]。分子量nonphosphorylated和磷酸化肽之间的差异为5.5%,和分子体积的差异最小化构象两种形式的肽在3 - 8%的范围,根据体积计算的方式。尽管构象不同,体积的增量变化和整体肽引起的形状非常相似的包装密度的电极。估计接触面积在60纳米微球结²。的“足迹”一个凸轮激酶二肽分子在电极1 - 3海里²,根据不同的取向,因此20到60分子(nonphosphorylated或者磷酸化)可以附加到60 nm²表面积。

磁阵列是清洗(如前所述)( 19]。数组被修改与凸轮激酶(MHRQETVDCLK Anaspec,圣何塞,CA)和磷酸化凸轮激酶(MHRQEpTVDCLK Anaspec,圣何塞,CA)通过孵化2毫升10μM MilliQ水4中解决方案^°C持续时间不少于24小时。基板被严格MilliQ水冲洗干燥紧随其后。使用磁组装、金属化球沉积的源/漏差距,完成电路通过肽。错误地坐在议会可以检测到-金属接触,这很容易排除在数据集(没有显示)。

大会被转移到低温真空探针台使用一个参数分析仪(安捷伦4155 b,帕洛阿尔托,CA)在计算机控制下I / V和专业如前所述[ 19]。专业提供一种手段测量振动模式的metal-protein-metal结 19- - - - - - 22]。这些研究在4 K进行标准交流调制技术结合两个锁定放大器记录二次谐波信号 ( d 2 我 / d V 2 ) 当时规范化的微分电导呢 ( d 我 / d V ) 屈服的专业连接包含nonphosphorylated或磷酸化肽(图 2)。傅里叶变换红外光谱(ir)光谱RX我得到红外光谱(Perkinelmer,韦尔斯利,MA)在4厘米的一项决议¹在室温下。参考光谱的空气都被记录下来,然后减去样品光谱。凸轮激酶二世衍生肽是溶解在无水异丙醇(100μg /毫升)。解决方案是干KBr板下表面N₂。

酰胺I, II, III乐队,肽的骨干结构的一个组成部分出现在专业和傅立叶变换红外光谱,如专业峰3所示( 23]。专业6包含一定数量的峰值模式通过傅立叶变换红外光谱检测,包括氨基酰胺a和B乐队( 23]。氨基酸侧链也有助于专业光谱。

预计在专业峰3模式的氨基酸侧链,包括Asp、Glu、Gln,参数,赖氨酸,和他,相互重叠的山峰以及肽链的元素。专业峰4占半胱氨酸- h拉伸模式,吸收光谱区免费从重叠的其他团体( 23]。

专业的标志着振动强度h振动模式,缺乏突出的傅立叶变换红外光谱的峰值相比,可归因于该官能团的连杆点肽在金属电极(Au)。所有的电子注入肽必须通过gold-sulfur退出链接在电极表面在专业做这个单键突出。此处则,峰值为1039厘米¹符合P-OC伸展一个磷酸基内检测到傅立叶变换红外光谱( 24]。专业的光谱,在频率有一个轻微的红移峰2 nonphosphorylated肽相比,相匹配的磷酸化肽的位置P-OC红外探测到。综上所述,专业结果磷酸化和nonphosphorylated肽表明肽骨干和侧链肽有助于电子隧穿。

电流-电压的痕迹nonphosphorylated凸轮激酶II-derived肽是74设备,收益率平均为62 nA(图0.5 V的偏见 3(一个))。当前值的分布在500 mV显示一个主峰(图 3 (b))。

提出通过α螺旋运输的机制包括:(1)产生的静电场肽螺旋线的偶极矩;(2) π 在螺旋轨道的肽骨干;(3)通过氢键导致螺旋的结构稳定性 11, 13, 25- - - - - - 27]。电子传递通过磷酸化凸轮激酶II-derived肽可再生产地观察到大量分子的电子设备(图(62) 3 (c))。可再生的平均电流的值在0.5 V 6 nA,一个数量级小于发现nonphosphorylated肽(62 nA)。

当前值的分布在500 mV显示一个主峰(图 3 (d)通过固定化磷酸化肽)和电子传递非常重现(图 3 (e))。螺旋变性曾被证明改变电子传递的速率在dichromomorphic肽模型中,导致一个数量级差异在电子传递 28]。可再生的10倍的差异之间的电子传递磷酸化和nonphosphorylated形式的凸轮激酶II-derived肽图所示 3 (f)。自计算包装密度两种形式的肽非常相似,因此分子的数目分析每个结可比,这种差异可能是由于一个构象的转变在多肽的二级结构。

这个工作可以对分子电子学领域的高度相关。这些看似微小的转译后的数据显示,修改的蛋白质多肽可以在电子传递特性有深远的影响揭示了专业光谱和I / V特性。长远来看,蛋白质电子领域可能产生新类生物医学传感器、计算设备,大规模筛选kinase-targeted制药的工具。