Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

نظرة ثاقبة لتفاعلات الأحماض الأمينية والببتيدات مع المواد غير العضوية عن طريق جزيء واحدة قوة التحليل الطيفي

doi: 10.3791/54975 Published: March 6, 2017

Summary

هنا نقدم بروتوكول لقياس قوة التفاعل بين سطح غير العضوية واضحة المعالم وإما الببتيدات والأحماض الأمينية التي كتبها قياسات القوة الطيفي جزيء واحد باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM). المعلومات التي تم الحصول عليها من القياس هي مهمة لفهم أفضل للمادة البيني الببتيد غير العضوية.

Abstract

التفاعلات بين البروتينات أو الببتيدات والمواد غير العضوية تؤدي إلى عدة عمليات مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، والجمع بين البروتينات مع المعادن يؤدي إلى تكوين مواد مركبة مع خصائص فريدة من نوعها. وبالإضافة إلى ذلك، يتم بدء عملية غير مرغوب فيها من biofouling من امتصاص الجزيئات الحيوية، وخاصة البروتينات، على السطوح. هذه الطبقة العضوية هي طبقة التصاق للبكتيريا، وتتيح لهم التفاعل مع السطح. فهم القوى الأساسية التي تحكم التفاعلات في واجهة العضوية، غير العضوية ذلك فمن المهم لكثير من مجالات البحث ويمكن أن يؤدي إلى تصميم مواد جديدة لتطبيقات البصرية والميكانيكية والطبية الحيوية. توضح هذه الورقة جزيء واحد تقنية قوة التحليل الطيفي التي تستخدم فؤاد لقياس قوة التصاق بين إما الببتيدات والأحماض الأمينية والأسطح غير العضوية واضحة المعالم. وتنطوي هذه التقنية على بروتوكول لربط جزيء حيوي إلى AFMتلميح خلال رابط مرونة التساهمية وجزيء واحد قياسات قوة التحليل الطيفي بواسطة مجهر القوة الذرية. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تضمين تحليل هذه القياسات.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

التفاعل بين البروتينات والمعادن غير العضوية يؤدي إلى بناء مواد مركبة مع خصائص مميزة. وهذا يشمل المواد مع قوة ميكانيكية عالية أو خصائص بصرية فريدة من نوعها. 2 على سبيل المثال، مزيج من بروتين الكولاجين مع هيدروكسيباتيت المعدنية يولد إما عظام لينة أو صلبة لوظائف مختلفة. 3 يمكن الببتيدات القصيرة أيضا ربط المواد غير العضوية مع خصوصية عالية. وقد استخدمت 6 خصوصية هذه الببتيدات لتصميم المواد المغناطيسية والإلكترونية الجديدة، 9 افتعال المواد ذات البنية النانومترية، وتزايد بلورات، 10 وتجميع الجسيمات النانوية. 11 فهم الآلية الكامنة وراء التفاعلات بين الببتيدات أو البروتينات والمواد غير العضوية وبالتالي سيسمح لنا لتصميم مواد مركبة جديدة مع الخصائص امتزاز محسنة. وبالإضافة إلى ذلك، لأن توسط في الطور البيني من يزرع مع استجابة مناعية من البروتينات، فهم أفضل للتفاعلات البروتينات مع المواد غير العضوية وتحسين قدرتنا على تصميم يزرع. مجال هام آخر ينطوي على البروتينات التفاعل مع الأسطح غير العضوية هي تصنيع المواد المانعة. 12، 13، 14، 15 Biofouling هو عملية غير مرغوب فيها الكائنات نعلق على السطح. له العديد من الآثار الضارة على حياتنا. على سبيل المثال، biofouling من البكتيريا على الأجهزة الطبية يؤدي إلى العدوى المكتسبة من المستشفيات. Biofouling من الكائنات البحرية على القوارب والسفن الكبيرة يزيد من استهلاك الوقود. 12، 16، 17، 18

جزيء واحدة قوة التحليل الطيفي (SMFS)، وذلك باستخدام AFM، يمكن قياس مباشرة التفاعلات بين الأحماض الأمينية أو الببتيد مع الركيزة. 19، 20، 21، 22، 23، 24، 25، 26 طرق أخرى مثل عرض فج، 27، 28 توازن دقيق الكريستال الكوارتز (QCM) 29 أو مأكل سطح الرنين (SPR) 29، 30، 31، 32،المرجع "> 33 قياس التفاعلات من الببتيدات والبروتينات على الأسطح غير العضوية بكميات كبيرة. 34، 35، 36 وهذا يعني أن النتائج التي حصلت عليها هذه الأساليب تتعلق مجموعات من الجزيئات أو المجاميع. في SMFS، يتم إصلاح واحد أو عدد قليل جدا من الجزيئات إلى الطرف فؤاد ويتم قياس تفاعلاتها مع الركيزة المطلوب. هذا النهج يمكن توسيعها لدراسة طي البروتين عن طريق سحب البروتين من على سطح الأرض. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لقياس التفاعلات بين الخلايا والبروتينات والربط من الأجسام المضادة للجين بهم. يصف 37، 38، 39، 40 هذه الورقة بالتفصيل كيفية إرفاق إما الببتيدات أو الأحماض الأمينية إلى الطرف فؤاد باستخدام الكيمياء silanol. وبالإضافة إلى ذلك، توضح الورقة كيفية إجراء قياسات القوة وكيفية تحليلالنتائج.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. تلميح تعديل

  1. شراء نيتريد السيليكون (سي 3 ن 4) الكابولي فؤاد مع نصائح السيليكون (الاسمي دائرة نصف قطرها ناتئ من ~ 2 نانومتر).
  2. تنظيف كل ناتئ فؤاد عن طريق غمس في الإيثانول لا مائي لمدة 20 دقيقة. الجاف في درجة حرارة الغرفة. ثم علاج الكابولي بتعريضها للO 2 البلازما لمدة 5 دقائق.
  3. تعليق نصائح نظيفة فوق (3 سم) محلول يحتوي على methyltriethoxysilane و3- (أمينو) triethoxysilane في نسبة 15: 1 (ت / ت) في مجفف تحت جو خامل (إما النيتروجين أو الأرجون) وتوصيل مجفف ل مضخة فراغ. فراغ لمدة 2 ساعة لتشكيل أحادي الطبقة من هذين النوعين من المركبات سيلاني مختلطة.
  4. استخدام حامل معدني طرف (ملفقة لهذه العملية) لوضع النصائح على طبق ساخن. ثم تجفيف نصائح لمدة 10 دقيقة عند 70 درجة مئوية تحت الظروف الجوية. قبل الاستخدام، وتنظيف لوحة الساخنة، حامل معدني وملاقط باستخدام الايثانول.
  5. تبريد نصائح في تي الغرفةemperature، ومن ثم تزج النصائح في حل من Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide (FMOC-PEG-NHS، MW 5000 دا) بتركيز 5 ملي في الكلوروفورم التي تحتوي على 0.5٪ (ت / ت) ثلاثي الإيثيلامين لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  6. تراجع نصائح في الكلوروفورم لمدة 5 دقائق ثم تراجع في ثنائي ميثيل الفورماميد (DMF) لمدة 5 دقائق إضافية. من أجل deprotect مجموعة FMOC من جزيئات PEG المرفقة، وتراجع نصائح في 20٪ تأكسد (ت / ت) في DMF لمدة 30 دقيقة. تراجع نصائح في DMF لمدة 4 دقائق ثم في N-ميثيل-2-pyrrolidone (NMP) لإضافي 4 دقائق. كرر متتابعة غمس ثلاث مرات.
  7. للاقتران من الأحماض الأمينية، وتزج نصائح في محلول يحتوي على N-محطة محمي من الأحماض الأمينية (AA) / diisopropylethylamine (DIPEA) / 2- (1H-benzotriazol-1-YL) -1،1،3،3-tetramethyluronium hexafluophosphate (HBTU)، في نسبة المولي 1: 1: 1 في التركيز الكلي 30 ملم في 5 مل NMP مقابل 1.5 ساعة.
  8. لاقتران الببتيد، وتراجع النصائح في حل تابع 5 ملaining 40 ملغ من الببتيد المحمية (N محطة والجانب السلاسل، على سبيل المثال FMOC-GLN (TRT) -Pro علاء-سر (TBU) -Ser (TBU) -Arg (PBF) -Tyr (TBU) -COOH). ، 15 ملغ 2- (1H-benzotriazol-1-YL) -1،1،3،3-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU)، و 5 مل من DIPEA في NMP لمدة 2 ساعة.
  9. تراجع نصائح في NMP لمدة 4 دقائق. ثم، لحماية التوسيع الحرة / المتفاعل NH 2 من قبل مجموعة الاسيتيل، وتراجع نصائح لمدة 30 دقيقة في خليط من الخل أنهيدريد / DIPEA في نسبة المولي 4: 1 والتركيز الكلي 0.65 م في NMP.
  10. لاقتران الببتيد، نفذ اثنين خطوات إضافية.
    1. من أجل deprotect سلاسل جانب من الببتيد، تزج نصائح في محلول يحتوي على 95٪ TFA 2.5٪ triisopropylsilane، والمياه بنسبة 2.5٪ لمدة 1 ساعة، ثم تغسل مع الكلوروفورم وDMF.
    2. من أجل إزالة المجموعة FMOC من الببتيد، تزج النصائح إلى 20٪ تأكسد (ت / ت) في DMF لمدة 30 دقيقة.
  11. بالتتابع تراجع الببتيد / الأحماض الأمينية-functionalizeد نصائح لمدة أربعة دقائق لكل منهما في DMF (لالببتيدات) أو NMP (للأحماض الأمينية)، والكلوروفورم، 50٪ من الإيثانول والماء. أخيرا تجفيف طرف في الهواء.

إعداد 2. سطح

  1. إعداد الميكا. يلتصق ركائز (9.9 مم) قبل كل استخدام باستخدام الشريط سكوتش. ثم، وغسل الأسطح بالماء المقطر الثلاثي (TDW).
  2. إعداد تيو 2 السيليكون المغلفة.
    1. قطع رقاقة السيليكون (100) في 2 سم الساحات باستخدام قلم الماس.
    2. وضع الركيزة في أنبوب 15 مل اختبار مليئة الأسيتون ويصوتن لأنها في حمام بالموجات فوق الصوتية خمس دقائق. ثم، ضع هذا السطح في أنبوب 15 مل اختبار مليئة الأيزوبروبانول ويصوتن لمدة 5 دقائق. تجفيف الركيزة باستخدام النيتروجين.
    3. حل بالسطح (على سبيل المثال، الدلو-348) في الإيثانول لإعداد محلول 5٪ (وزن / حجم). ثم، إضافة 0.02 مل من محلول السطحي إلى 2 مل من 30٪ تيو 2 التشتت.
    4. من المحلول الناتج، قطرة الصب 0.2 مل على ركيزة سي نظيفة.
    5. يصلب هذه السطوح محمل انخفاض في 250 درجة مئوية لمدة 2 ساعة في الهواء. 41

3. جزيء واحدة قياسات القوة الطيفي

  1. نعلق على السطح المطلوب لحامل معدني من AFM مع متوفرة تجاريا الغراء اثنين من المكونات. وضع حامل معدني في حامل زجاج AFM، التي على شكل طبق بيتري صغيرة. ملء هذا حامل مع العازلة تريس (50 ملي درجة الحموضة = 7.4) أو أي وسيلة المرجوة. ثم، ضع حامل على المسرح AFM تحت حامل طرف.
  2. معايرة الكابولي AFM مع الثوابت الربيع تتراوح 10-30 السندات الإذنية / نانومتر باستخدام طريقة الحراري التذبذب 26 (المدرجة في البرنامج AFM) مع عدم اليقين المطلق من حوالي 10٪.
  3. قياس قوة التفاعل التي تقترب من الأحماض الأمينية أو معلومات سرية functionalized الببتيد إلى الركيزة حتى يكون على اتصال مع الركيزة مع ضغطقوة من ~ 200 السندات الإذنية وثم التراجع فورا طرف بسرعات مختلفة، 0،1-0،8 ميكرون / ثانية، لمسافة ~ 200 نانومتر.

تحليل 4. البيانات

  1. تحويل القيم انحراف (V) لفرض بضرب حساسية الضوئي (V / م) وباستخدام ثابت الربيع تجريبيا. 42 يتم ذلك تلقائيا من قبل البرنامج AFM.
    1. للحصول على المنحنيات FD مع أحد الأحداث جزيء واحد، عدة مئات قياسية من منحنيات (800-1،500). الحصول على اثنين من قمم في منحنى على جزيء واحد: الذروة الأولى تشير التفاعلات غير محددة بين طرف والسطحية ويتوافق الذروة الثانية للتفاعل معين من جزيء مع السطح. عندما تحتوي على منحنى FD أكثر من هذه القمم اثنين، التخلص منها من حساب القوة الأكثر احتمالا.
      ملاحظة: يتم التقاط الأحداث التصاق فقط واحدة في حساب (10-30٪ من المنحنيات). 43
  2. 44 فقط قبل تمزق للحصول على مجموعة من معدلات التحميل، التي تستخدم بعد ذلك لإعداد رسوم بيانية لل ومعدلات التحميل واضحة. اشتقاق القوات غير ملزمة بين الببتيدات الأحماض الأمينية / وسطح من القفزة في التنفيذ بعد فصل ناتئ من الركيزة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يعرض الشكل 1 الإجراء طرف التعديل. في الخطوة الأولى، تغيير العلاج البلازما السطح من طرف نيتريد السيليكون. يقدم طرف مجموعة OH. وتقوم هذه المجموعات ثم تتفاعل مع silanes. في نهاية هذه الخطوة، وسيتم تغطية السطح من طرف كتبها حرة -NH 2 المجموعات. وهذه الأمينات حرة ثم تتفاعل مع FMOC -PEG-NHS، والربط التساهمي. تتم إزالة مجموعة FMOC من رابط PEG التي كتبها pipyridine، كاشف deprotecting. وأخيرا، ويقترن الأحماض الأمينية أو الببتيد جزيء دراستها من خلال مجموعة أمين خالية من PEG باستخدام HBTU اقتران الكاشف.

مع الطرف فؤاد تعديله من الممكن لدراسة التفاعلات بين الأحماض الأمينية أو الببتيد مع السطح (الشكل 2). جزيء PEG يفصل الببتيد أو الأحماض الأمينية من طرف ويسمح لهم لتوجيه بحرية. وقنينة قوة نموذجية النتائج rement في منحنى القوة لمسافات (الشكل 3). هذا المنحنى لديه نقطة المميزة لفصل غيض من على سطح الأرض، وحدث جزيء التصاق واحد. الذروة الأولى تشير التفاعلات غير محددة بين طرف والسطح والذروة الثانية يشير إلى حالة التصاق محددة. من عدة مئات من منحنيات FD فمن الممكن لبناء المدرج من قبل المتهم بالتآمر في عدد من الأحداث التصاق مقابل قوة. إن تطبيق نوبة الضبابي على هذه رسوم بيانية تحديد القوة الأكثر احتمالا (MPF).

شكل 1
الشكل 1: نصيحة إجراء التعديل. التمثيل التخطيطي لتعديل مادة كيميائية من طرف فؤاد. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الشكل 2
الشكل 2: SMFS الإعداد التجريبية. توضيح تخطيطي لإعداد قوة التحليل الطيفي جزيء واحد لقياس التفاعلات بين الأحماض الأمينية أو الببتيد والسطح المطلوب. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل (3): قوة لمسافات المنحنى. جزيء واحد المنحنيات FD نموذجية لتمزق (A) الببتيد GLN برو-علاء-سر-سر-الارجنتين في صور من سطح الميكا، و (ب) حمض الفينيل ألانين الأمينية من سطح تيو 2. يرجى CLICK هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: رسوم بيانية مؤامرة القوة الأكثر احتمالا (MPF) والرسوم البيانية رسم مقابل قوة معدل التحميل. رسوم بيانية نموذجية من القيم قوة تمزق (A) الببتيد GLN برو-علاء-سر-سر-الارجنتين في صور من الميكا (بمعدل تحميل 3.1 ± 0.6 ن ن / ق (N = 7 8))، (B ) وحامض الفنيل الأنين الأمينية من تيو 2 (في معدل التحميل من 4.2 ± 0.7 ن ن / ق (N = 79)). تم احتساب (MPF) قيمة القوة الأكثر احتمالا على أساس تناسب جاوس (الخطوط السوداء). اعتماد معدل التحميل للقوات تمزق ل(C) الببتيد GLN برو-علاء-سر-سر-الارجنتين في صور و (D) الأحماض الأمينية الفنيل الأنين. تم استقراء المعلمات الحركية من مؤامرة خطية من القوة مقابل لوغاريتم ص تحميل واضحأكل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الخطوات 1.3 و 1.4 و 1.7 في البروتوكول يجب أن تنفذ بعناية واسعة وبطريقة لطيفة جدا. في الخطوة 1.3، لا ينبغي أن يكون طرف في اتصال مع خليط سيلاني وينبغي إجراء عملية silanization في جو خامل (الرطوبة الحرة). يتم 45 هذا من أجل منع تشكيل متعدد الطبقات، ولأن جزيئات سيلاني يخضع بسهولة المائي في وجود الرطوبة. 45

في الخطوة 1.4، يجب أن تبقى درجة الحرارة والوقت بشكل صحيح. قبل البدء في الخطوة 1.5، يجب أن تبرد تلميح إلى درجة حرارة الغرفة. وإلا سوف يتعرض للتلف. في خطوة اقتران (1.7)، وHBTU والأحماض الأمينية فحص أو الببتيد يجب حلها تماما في الخليط. بعد اقتران، وغسل طرف مع المذيبات المختلفة ينبغي أن يتم ذلك بطريقة لطيفة جدا لتجنب أي ضرر للطرف.

تقنية ذكرت يمكن أن يكون تطبيق ورقةالعبوات الناسفة على أي الببتيد أو الأحماض الأمينية. لتعديل طرف السيليكون، ونحن نستخدم silanes. هذا هو الكيمياء العامة والتي يمكن تغييرها. على سبيل المثال، يمكن للمرء استخدام اثنين أو نوع واحد من مضاد للفيروسات سيلاني تعديل معلومات سرية. 23، 25، 26 إذا تم غيض من الذهب، ثم مجموعة ثيول يمكن استخدامها لتعديل الحافة. بروتوكولات بديلة تستغل nitrilotriacetate (NTA) -terminated linkers، وقادرة على استهداف الحامض الاميني، جنبا إلى جنب مع البروتينات الموسومة الحامض الاميني المؤتلف. في الآونة الأخيرة، Lyubchenko وآخرون. وصف تركيب وفحص وجود رابط البوليمر الرواية وأظهرت تطبيقه في العديد من التجارب SMFS. ويستند تركيب رابط على الكيمياء phosphoramidate متطورة (PA). هذه الكيمياء يسمح توليفة الروتيني للlinkers مع أطوال محددة سلفا وتكوين السلطة الفلسطينية. هذه linkers متجانسة في الطول، ويمكن إنهاؤها مع المجموعات الوظيفية المختلفة.وعلاوة على ذلك، الجزيئات الحيوية يمكن أن يرتكز على ركائز الذهب أو نصائح من خلال مجموعات ثيول الأصلي أو هندسيا كما روابط تساهمية شكل الذهب مع ذرات الكبريت.

وتسمح هذه الطريقة في قياس الكمي ومفصل للقوة اللازمة لتوثيق جزيء من سطح على مستوى جزيء واحد وليس بكميات كبيرة. وتشمل التطبيقات المستقبلية للتقنية المرفق من البروتينات لطرف وتصميم المواد المختلطة الجديدة. وتصميم وتطوير مواد مركبة جديدة والأسطح وظيفية الاستفادة من الحصول على فهم أساسي للتفاعلات بين البروتينات أو الببتيدات مع المواد غير العضوية. بروتوكول المقدمة هنا لSMFS مع AFM يمكن أن تكون بمثابة أداة قوية لدراسة التفاعلات بين البروتينات والببتيدات والأحماض الأمينية مع الأسطح المختلفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon nitride (Si3N4) AFM cantilevers with silicon tips Bruker (Camarilo, CA, USA) MSNL10, nominal cantilevers radius ~2 nm 
Methyltriethoxysilane  Acros Organics (New Jersey, USA) For Silaylation of the AFM tip 
3-(Aminopropyl) triethoxysilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) For Silaylation of the AFM tip
Triisopropylsilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) Used for peptide deprotection
N-Ethyldiisopropylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Triethylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Piperidine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip Fmoc deprotection
Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide  (Fmoc-PEG-NHS) Iris Biotech GmbH (Deutschland, Germany) Used as the covalent flexible linker  (MW = 5,000 Da)
2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3,-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU) Alfa Aser (Heysham, England) Used as a coupling reagent. 
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Acros Organics (New Jersey, USA) Used as Solvent in Tip modification procedure
DMF (dimethylformamide) Merck (Darmstadt, Germany) Used as Solvent in Tip modification procedure
Chloroform Bio-Lab (Jerusalem, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Ethanol (Anhydrous) Gadot (Netanya, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Trifluoro acetic acid (TFA) Merck (Darmstadt, Germany)
Acetic anhydride Merck (Darmstadt, Germany)
Peptides GL Biochem (Shanghai, China).
Phenylalanine and Tyrosine  Biochem (Darmstadt, Germany) 
30% TiO2 dispersion in the mixture of solvent 2-(2-Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP) Applied Vision Laboratories (Jerusalem, Israel) (30%) in the mixture of solvent 2-(2 Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP). Used for TiO2 substrate preparation
Mica substrates TED PELLA, INC. (Redding, California, USA) 9.9 mm diameter

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Addadi, L., Weiner, S. Control and design principles in biological mineralization. Angew. Chem., Int. Ed. 31, (2), 153-169 (1992).
  2. Meyers, M. A., Chen, P. Y., Lin, A. Y. M., Seki, Y. Biological materials: Structure and mechanical properties. Prog. Mater. Sci. 53, (1), 1-206 (2008).
  3. Villee, C. A. J. Book Review. Engl. J. Med. 309, (4), 247-248 (1983).
  4. Vallee, A., Humblot, V., Pradier, C. -M. Peptide interactions with metal and oxide surfaces. Acc. Chem. Res. 43, (10), 1297-1306 (2010).
  5. Peelle, B. R., Krauland, E. M., Wittrup, K. D., Belcher, A. M. Design criteria for engineering inorganic material-specific peptides. Langmuir. 21, (15), 6929-6933 (2005).
  6. Gabryelczyk, B., Szilvay, G. R., Linder, M. B. The structural basis for function in diamond-like carbon binding peptides. Langmuir. 30, (29), 8798-8802 (2014).
  7. Sarikaya, M., Tamerler, C., Jen, A. K. Y., Schulten, K., Baneyx, F. Molecular biomimetics: Nanotechnology through biology. Nat. Mater. 2, (9), 577-585 (2003).
  8. Tamerler, C., Sarikaya, M. Molecular biomimetics: Utilizing nature's molecular ways in practical engineering. Acta Biomater. 3, (3), 289-299 (2007).
  9. Seker, U. O. S., Demir, H. V. Material binding peptides for nanotechnology. Molecules. 16, (2), 1426-1451 (2011).
  10. Green, J. J., et al. Electrostatic ligand coatings of nanoparticles enable ligand-specific gene delivery to human primary cells. Nano Lett. 7, (4), 874-879 (2007).
  11. Grohe, B., et al. Control of calcium oxalate crystal growth by face-specific adsorption of an osteopontin phosphopeptide. J. Am. Chem. Soc. 129, (48), 14946-14951 (2007).
  12. Maity, S., Nir, S., Zada, T., Reches, M. Self-assembly of a tripeptide into a functional coating that resists fouling. Chem. Commun. 50, (76), 11154-11157 (2014).
  13. Das, P., Yuran, S., Yan, J., Lee, P. S., Reches, M. Sticky tubes and magnetic hydrogels co-assembled by a short peptide and melanin-like nanoparticles. Chem. Commun. 51, (25), 5432-5435 (2015).
  14. Burg, K. J. L., Porter, S., Kellam, J. F. Biomaterial developments for bone tissue engineering. Biomaterials. 21, (23), 2347-2359 (2000).
  15. Weiger, M. C., et al. Quantification of the binding affinity of a specific hydroxyapatite binding peptide. Biomaterials. 31, (11), 2955-2963 (2010).
  16. Pettitt, M. E., Henry, S. L., Callow, M. E., Callow, J. A., Clare, A. S. Activity of commercial enzymes on settlement and adhesion of cypris larvae of the barnacle Balanus amphitrite, spores of the green alga Ulva linza, and the diatom Navicula perminuta. Biofouling. 20, (6), 299-311 (2004).
  17. Schultz, M. P., Finlay, J. A., Callow, M. E., Callow, J. A. Three models to relate detachment of low form fouling at laboratory and ship scale. Biofouling. 19, 17-26 (2003).
  18. Cao, S., Wang, J., Chen, H., Chen, D. Progress of marine biofouling and antifouling technologies. Chinese Science Bulletin. 56, (7), 598-612 (2010).
  19. Wei, Y., Latour, R. A. Correlation between desorption force measured by Atomic Force Microscopy and adsorption free energy measured by surface plasmon resonance spectroscopy for peptide-surface interactions. Langmuir. 26, (24), 18852-18861 (2010).
  20. Li, Q., et al. AFM-based force spectroscopy for bioimaging and biosensing. RSC Advances. 6, 12893-12912 (2016).
  21. Meibner, R. H., Wei, G., Ciacchi, L. C. Estimation of the free energy of adsorption of a polypeptide on amorphous SiO2 from molecular dynamics simulations and force spectroscopy experiments. Soft Matter. 11, (31), 6254-6265 (2015).
  22. Xue, Y., Li, X., Li, H., Zhang, W. Quantifying thiol-gold interactions towards the efficient strength control. Nat. Commun. 5, 4348 (2014).
  23. Razvag, Y., Gutkin, V., Reches, M. Probing the interaction of individual amino acids with inorganic surfaces using atomic force spectroscopy. Langmuir. 29, 10102-10109 (2013).
  24. Das, P., Reches, M. Revealing the role of catechol moieties in the interactions between peptides and inorganic surfaces. Nanoscale. 8, 15309-15316 (2016).
  25. Das, P., Reches, M. Review insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single molecule force spectroscopy. Bioploymers-Pept. Sci. 104, 480-494 (2015).
  26. Maity, S., et al. Elucidating the mechanism of interaction between peptides and inorganic surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, (23), 15305-15315 (2015).
  27. Whaley, S. R., English, D. S., Hu, E. L., Barbara, P. F., Belcher, A. M. Selection of peptides with semiconductor binding specificity for directed nanocrystal assembly. Nature. 405, (6787), 665-668 (2000).
  28. Tamerler, C., Oren, E. E., Duman, M., Venkatasubramanian, E., Sarikaya, M. Adsorption Kinetics of an engineered gold binding peptide by surface plasmon resonance spectroscopy and a quartz crystal microbalance. Langmuir. 22, (18), 7712-7718 (2006).
  29. Santos, O., Kosoric, J., Hector, M. P., Anderson, P., Lindh, L. Adsorption behavior of statherin and a statherin peptide onto hydroxyapatite and silica surfaces by in situ ellipsometry. J. Colloid Interface Sci. 318, (2), 175-182 (2008).
  30. Evans, E., Ritchie, K. Dynamic strength of molecular adhesion bonds. Biophys. J. 72, (4), 1541-1555 (1997).
  31. Micksch, T., Liebelt, N., Scharnweber, D., Schwenzer, B. Investigation of the peptide adsorption on ZrO2, TiZr, and TiO2 surfaces as a method for surface modification. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (10), 7408-7416 (2014).
  32. Patwardhan, S. V., et al. Chemistry of aqueous silica nanoparticle surfaces and the mechanism of selective peptide adsorption. J. Am. Chem. Soc. 134, (14), 6244-6256 (2012).
  33. Thyparambil, A. A., Wei, Y., Latour, R. A. Determination of peptide-surface adsorption free energy for material surfaces not conducive to SPR or QCM using AFM. Langmuir. 28, (13), 5687-5694 (2012).
  34. Hnilova, M., et al. Effect of molecular conformations on the adsorption behavior of gold-binding peptides. Langmuir. 24, (21), 12440-12445 (2008).
  35. Sano, K., Sasaki, H., Shiba, K. Utilization of the pleiotropy of a peptidic aptamer to fabricate heterogeneous nanodot-containing multilayer nanostructures. J. Am. Chem. Soc. 128, (5), 1717-1722 (2006).
  36. Chen, H., Su, X., Neoh, K. -G., Choe, W. -S. Context-dependent adsorption behavior of cyclic and linear peptides on metal oxide surfaces. Langmuir. 25, (3), 1588-1593 (2008).
  37. Zlatanova, J., Lindsay, S. M., Leuba, S. H. Single molecule force spectroscopy in biology using the atomic force microscope. Prog. Biophys. Mol. Biol. 74, (1-2), 37-61 (2000).
  38. Wang, C. Z., Yadavalli, V. K. Investigating biomolecular recognition at the cell surface using atomic force microscopy. Micron. 60, 5-17 (2014).
  39. Galler, K., Brautigam, K., Grobe, C., Popp, J., Neugebauer, U. Making a big thing of a small cell - recent advances in single cell analysis. Analyst. 139, (6), 1237-1273 (2014).
  40. Carvalho, F. A., Martins, I. C., Santos, N. C. Atomic force microscopy and force spectroscopy on the assessment of protein folding and functionality. Arch. Biochem. Biophys. 531, (1-2), 116-127 (2013).
  41. Azoubel, S., Magdassi, S. Controlling adhesion properties of SWCNT-PET films prepared by wet deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (12), 9265-9271 (2014).
  42. Jaschke, M., Butt, H. J. Height calibration of optical-lever atomic-force microscopes by simple laser interferometry. Rev. Sci. Instrum. 66, (2), 1258-1259 (1995).
  43. Evans, E., Kinoshita, K., Simon, S., Leung, A. Long-lived, high-strength states of ICAM-1 bonds to beta(2) integrin, I: Lifetimes of bonds to recombinant alpha(L) beta(2) under force. Biophys. J. 98, (8), 1458-1466 (2010).
  44. Bouchiat, C., et al. Estimating the persistence length of a Worm-Like Chain molecule from force-extension measurements. Biophys. J. 76, (1), 409-413 (1999).
  45. Pick, C., Argento, C., Drazer, G., Frechette, J. Micropatterned Charge Heterogeneities via Vapor Deposition of Aminosilanes. Langmuir. 31, (39), 10725-10733 (2015).
  46. Berquand, A., et al. Antigen binding forces of single antilysozyme Fv fragments explored by atomic force microscopy. Langmuir. 21, 5517-5523 (2005).
  47. Kienberger, F., et al. Recognition Force Spectroscopy Studies of the NTA-His6 Bond. Single Molecules. 1, 59-65 (2000).
  48. Tong, Z., Mikheikin, A., Krasnoslobodtsev, A., Lv, Z., Lyubchenko, Y. L. Novel polymer linkers for single molecule AFM force spectroscopy. Methods. 60, 161-168 (2013).
  49. Ulman, A. Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers. Chem. Rev. 96, 1533-1554 (1996).
  50. Andolfi, L., Bizzarri, A. R., Cannistraro, S. Electron tunneling in a metal-protein-metal junction investigated by scanning tunneling and conductive atomic force spectroscopies. Appl. Phys. Lett. 89, 183125 (2006).
نظرة ثاقبة لتفاعلات الأحماض الأمينية والببتيدات مع المواد غير العضوية عن طريق جزيء واحدة قوة التحليل الطيفي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).More

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter