文摘

amyloid-like结构由偶氮苯的light-driven拆卸过程模型肽研究不仅时间分辨中光谱从纳秒到几分钟。调查由两个氨基酸的肽链连接的偶氮苯开关。缩氨酸聚合amyloid-like结构时,偶氮苯发色团的反式-构象。照明,导致反式-来顺式偶氮苯的异构化,导致崩溃的聚合结构。偶氮苯的光激发和异构化后,发现吸收变化的恢复很大程度上几纳秒的时间尺度。这些早期的瞬态吸收被分配到振动弛豫的多余的能量(热量)或结构重组的异构化的偶氮苯和聚合环境。只有几分钟的时间尺度谱特征出现的特征分解的聚合结构。

1。介绍

淀粉样蛋白肽的聚集结构取得了广泛关注由于其与多种疾病,如根据大量、帕金森和阿尔茨海默。许多研究支持聚合多肽,特别是寡聚肽的结构细胞死亡和导致疾病的原因。在这种背景下,amyloid-like肽骨料的性质及其分解的主要兴趣。

本研究中使用的模型肽包含两个氨基酸链的偶氮苯在中心和来自光开关可切换的β发夹最近研究[1- - - - - -3]。在这种化合物,偶氮苯的光异构化(AMPP)交换之间的肽的结构反式-和顺式构象。Mid-IR光谱和透射电子显微镜(TEM)表明,肽可能聚合成amyloid-like结构在偶氮苯反式构象。照明的聚合样本对应的异构化的偶氮苯独联体—构成导致骨料的拆卸(4]。在当前的工作,这种分解过程和嵌入式的性能不仅时间分辨中光谱研究了偶氮苯。

2。材料和方法

模型的合成肽Ac-Ser-Trp-Thr-Trp-Glu-AMPP-Lys-Trp-Thr-Trp-Lys-NH₂(AcAzoTrpZip)据报道之前1]。肽是溶解在氘甲醇(西格玛奥德里奇,99.8%)在红外光谱的浓度约为3.3毫米和1.5毫米为纳米-微秒的红外光谱。对红外光谱实验中,样品被夹在两个CaF₂windows(聚四氟乙烯垫片210μ米)后立即解散冻干起始物料和存储在一个除湿剂在室温下之前在黑暗中特定的光谱实验。固定照明由紫外线(氙弧灯、凸肚,国防部6140配备一个滤水器和UG 11和WG 320玻璃过滤器、Schott)是用于反式-来顺式转换。红外吸收光谱被记录下来的力量IFS66红外光谱谱仪(决议2厘米⁻¹)。从溶剂methanol-d背景吸收₄被减去。

2.1。Nano -微秒的红外光谱

瞬态吸收光谱的强聚合样本(17天的孵化)测定紫外线泵,红外探测器的设置。红外探测脉冲光参量放大和差频产生的一代使用110 fs脉冲的1 kHz Ti:蓝宝石再生放大器系统(光谱物理、喷火式战斗机Pro) [5]。红外吸收谱仪记录的更改(阿克顿研究)和一个32通道MCT数组(红外Associates)。紫外线激发脉冲(355海里)的第三个谐波是一个外部触发q开关Nd:伊沃₄激光(AOT)。它有一个光束直径大约200的样品位置μ1 m,能量μJ, 0.6 ns和电子同步和时间延迟的红外探测脉冲。泵和探测脉冲之间的抖动是小于1的ns。提高精度的吸收实验中,每一秒泵脉冲被直升机轮。对于每一个延迟时间设置,1000 single-excite /探针事件都被记录下来,平均吸光度差异计算。平均延迟设置的四个扫描获得瞬态吸收光谱差异如图1(b)和2(a),样品是通过CaF骑车₂试管(路径长度:240μ米)之间确定一个完整的示例交换速度后续的激光枪。样品的交流避免分解肽积累并影响测量。

3所示。结果与讨论

图1(一个)显示肽制备的酰胺我带经过七天的孵化。有一种强烈的吸收在1610 - 1630厘米⁻¹范围,只有弱吸收更高频率(峰值为1678厘米⁻¹从合成源于残余组织)。酰胺我吸收1640至1700厘米⁻¹免费是众所周知的酰胺组或随机线圈肽和二级结构α螺旋或β表(6]。吸收1610 - 1630厘米⁻¹范围是聚合的特征amyloid-like肽(7- - - - - -9]。AcAzoTrpZip,吸收约为1625厘米⁻¹被发现为弱聚合或寡聚肽,而吸收约1615厘米吗⁻¹被发现在强烈聚合长纤维(4]。样品在解决方案是由单体的七天之后,弱聚合多肽和很大程度上的强烈聚合amyloid-like纤维(4]。

图1(b)显示了强烈的光致吸光度变化聚合示例(17天的孵化)nano -微秒的时间尺度。初的观察期间(1 ns紫外线激发后)的色散吸收变化峰值下降约1612厘米⁻¹和增加强度约为1622厘米⁻¹是观察到的。它指向的变化强烈的聚合为弱聚合结构。这光谱特征衰变5纳秒时间尺度(数字1(b)和2(a))。后来直到观察期结束(80μ,未发现明显的吸收变化。

这个观察结果符合照明实验的时间尺度上分钟呈现在图1(c),样本从图的照明1(a)通过紫外线1分钟开关的一小部分偶氮苯生色团反式来独联体(经UV / VIS光谱学数据未显示)。然而,照明后,红外光谱在酰胺我只显示弱变化范围。只有10分钟的时间尺度照明后减少红外吸收1610 - 1630厘米⁻¹范围(即。,over the whole band of aggregated structures) and an absorption increase at higher frequencies (where nonaggregated peptides absorb) take place.

另一个观察应该添加可能促进瞬态红外光谱的解释。它显示了UV / VIS光谱学反式-来顺式异构化的偶氮苯AMPP非聚合β发夹肽发生量子收益率为20%。缩氨酸聚合时,固定实验强ca量子产率降低。2%(见补充材料(4])。

在下面,我们提出一个简化的模型(显示在图2(b))的异构化/拆卸过程和不同的观察是一致的聚合和非聚合偶氮苯发夹肽。吸收一个光子反式偶氮苯导致激发态的势能表面运动的交互区域独联体状态的。偶氮苯的解决方案,这个运动并不是阻碍,分子完成运动和到达顺式国家效率高(20%)。当这个过程受阻,例如,通过约束推导从聚合多肽,异构化收益率可能会强烈降低。显然,关闭包装肽的聚集有这个效果。

纳秒时间尺度上的观测吸收瞬态可以用两个分子模型来解释。(我)偶氮苯的异构化后顺式形式,异构化的发色团不符合聚合的环境,和一个相当大的应变之间建立独联体偶氮苯和周围聚集。这种相互作用可能随着色散吸收的变化观察到图可见1(b)。5纳秒时间尺度,压力系统的重排公布的部分,和吸收变化消失。(2)第二种解释是基于瞬态加热的偶氮苯及其周边地区对异构化和内部释放多余的能量转换。这种肽可能改变平衡的加热,减少的高度聚合的分子和相关数量的增加弱聚合的分子。当这个多余的热量转移远离聚合结构周围的溶剂(在几纳秒时间尺度),因高温引发的人口变化和相应的信号衰减吸收差异。

在这两种模型,偶氮苯发色团的激励会导致聚合的重要干扰肽衰变几纳秒。最后,异构化的独联体偶氮苯分子作为当地的缺陷而导致的缓慢分解聚合结构。拆卸过程导致了广泛的吸收减少10分钟时间范围中聚合多肽的乐队。吸收的时间依赖性清楚地表明,偶氮苯的异构化开关并不直接扰乱总量。异构化导致的扭曲结构,通过热诱导拆卸驱动的步骤更长的时间尺度。使用偶氮苯作为聚合的开关元件结构也得到了证实最近的老年痴呆症相关的淀粉样蛋白β肽(10]。明显的偶氮苯开关很适合amyloidlike骨料的操纵。

确认

德国科学基金会支持的工作是SFB 749年慕尼黑中心的综合蛋白质科学、CIPSM。苏黎世大学没有造成这一工作。