Login processing...

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

Chemistry

Tek Molekül Kuvvetleri Spektroskopisi kullanarak İnorganik Malzemelerle Amino Asitler ve Peptitler Etkileşimi içine Trendleri

doi: 10.3791/54975 Published: March 6, 2017

Summary

Burada bir atomik kuvvet mikroskopu (AFM) ile tek bir molekül kuvveti spektroskopi ölçümleri ile iyi tanımlanmış bir inorganik yüzey ve ya peptitler veya amino asitler arasındaki etkileşimlerin kuvvetini ölçmek için bir protokol mevcut. ölçümü ile elde edilen bilgiler, daha peptid inorganik madde interfazda anlamak önemlidir.

Abstract

proteinler veya peptidler ve inorganik maddeler arasındaki etkileşimler çok ilginç işlemlere yol açar. Örneğin, mineral proteinleri birleştiren benzersiz özellikleri ile kompozit malzeme oluşumuna yol açar. Buna ek olarak, biyolojik kirlenmeye istenmeyen proses yüzeylerinde biyomoleküllerin ağırlıklı proteinlerin adsorpsiyonu ile başlatılır. Bu organik tabaka, bakteriler için bir yapışma tabakası ve onları yüzeyle etkileşim sağlar. Organik-inorganik arayüzünde etkileşimleri yöneten temel güçleri anlama araştırma birçok alanda bu nedenle önemlidir ve optik, mekanik ve biyomedikal uygulamalar için yeni malzemelerin tasarımına yol açabilir. Bu çalışma, peptitler veya amino asitler ve iyi tanımlanmış inorganik yüzeyler ya arasındaki yapışma kuvvetini ölçmek için bir AFM kullanan tek molekül kuvvet spektroskopisi teknik gösterilmiştir. Bu teknik AFM için biyomolekülü takmak için bir protokol içeriratomik kuvvet mikroskobu ile kovalent esnek bağlayıcı ve tek-molekül kuvvet spektroskopisi ölçümleri yoluyla ipucu. Buna ek olarak, bu ölçümlerin analiz dahildir.

Introduction

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

proteinler ve inorganik mineraller arasındaki etkileşim ayırt edici özelliklere sahip kompozit malzeme yapısına yol açar. Bu yüksek mekanik mukavemet ve eşsiz optik özellikleri olan malzemeler içerir. Örneğin, 1, 2, maden hidroksiapatit protein kollajen kombinasyonu, farklı işlevler için yumuşak ya da sert kemik ya oluşturur. 3 Kısa peptitler de yüksek özgüllük ile inorganik maddeler bağlayabilirsiniz. 4, bu peptidlerin 5, 6 özgüllük, kristaller, 9 nano yapılı malzemeler imal, 8, 7, yeni manyetik ve elektronik malzeme tasarımında büyütmek için kullanılmaktadır 10 ve sentezleme nanopartiküller. 11 Bu nedenle bize geliştirilmiş adsorptif özellikleri olan yeni kompozit malzemeler tasarlamak sağlayacak peptidler veya proteinler ve inorganik maddeler arasındaki etkileşimleri altında yatan mekanizma anlamak. bir bağışıklık tepkisi ile implant interfaz proteinleri aracılık beri ek olarak, daha iyi inorganik maddelerle proteinlerin etkileşimlerini anlamak implantları tasarım yeteneğimizi artıracak. İnorganik yüzeyler ile etkileşim proteinleri içeren diğer önemli alan zehirli maddelerin imalatı olduğunu. 12, 13, 14, 15 Biyolojik kirlilik organizmalar, bir yüzeye eklemek hangi istenmeyen bir işlemdir. Bu bizim hayatımızın birçok zararlı etkileri vardır. Örneğin, tıbbi cihazlarda bakteri biyolojik kirlenme hastane kaynaklı enfeksiyonların yol açar. teknelerle büyük gemilerde deniz organizmalarının biyolojik kirlenme artar yakıt tüketimi. 12, 16, 17, 18

Tek moleküllü kuvveti Spektroskopisi (SMFs), bir AFM yoluyla doğrudan bir amino asit ya da bir alt-tabaka ile bir peptid arasındaki etkileşimi ölçebilir. Bu faj gösterimi, 27, 28 olarak 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 başka yöntemler kuartz kristali mikro-(QCM) 29 veya yüzey plazmon rezonans (SPR) 29, 30, 31, 32,ref "> 33 ölçü toplu olarak, inorganik yüzeylere peptidlerin ve proteinlerin etkileşimleri. 34, 35, 36 Bu durum, bu yöntem ile elde edilen sonuçlar molekül veya agrega toplulukları ilgili olduğu anlamına gelir. SMFs olarak, bir ya da çok az moleküller AFM ucuna sabitlenir ve istenen alt-tabaka ile etkileşimleri ölçülür. Bu yaklaşım yüzeyinden proteini çekerek protein katlanmasını incelemek için genişletilebilir. Buna ek olarak, hücreler ve proteinler ve bunların ligandlarına antikorların bağlanma arasındaki etkileşimi ölçmek için kullanılabilir. 37, 38, 39, 40 Bu kağıt silanol kimyası kullanılarak AFM ucu peptid veya amino asit ya takmak için nasıl ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Buna ek olarak, kağıt kuvvet ölçümleri gerçekleştirmek için nasıl ve analiz açıklarSonuçlar.

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. İpucu Modifikasyon

  1. Satınalma silisyum nitrür (Si 3 N 4) silikon uçları ile AFM dirsekleri (~ 2 nm nominal konsol yarıçapı).
  2. 20 dakika boyunca, susuz etanol içinde daldırma her AFM konsol temizleyin. Oda sıcaklığında kurutun. Daha sonra 5 dakika boyunca O 2 plazmaya maruz bırakılmasıyla konsol davranın.
  3. 15 oranında (3 cm) ihtiva eden bir çözelti metiltrietoksilan ve 3- (aminopropil) trietoksisilan, yukarıda Temiz ipuçlarını askıya alınması: 1 (hacim / hacim) bir atıl atmosfer (azot ya da argon ya da) altında bir desikatör içinde ve desikatörde bağlamak bir vakum pompası. 2 saat için vakum karışık silan bileşimleri, bu iki tür bir tek tabaka oluşturulur.
  4. sıcak bir plaka üzerinde ipuçları yerleştirmek için (bu işlem için üretilmiş) metalik bir ucu tutucu kullanın. Daha sonra atmosfer şartları altında 70 ° C'de 10 dakika süre ile ipuçları kurutun. Kullanmadan önce, etanol kullanılarak sıcak plaka, metal tutucu ve cımbız temizleyin.
  5. oda t ipuçlarını soğutmakemperature, ve daha sonra 1 saat boyunca% 0.5 (h / h) trietilamin ihtiva eden kloroform içinde 5 mM konsantrasyonda Floroenilmetiloksikarbonil-PEG-N-hidroksi-çözeltisi (Fmoc-PEG-NHS, MW 5,000 Da) de içine ipuçları batırmak oda sıcaklığı.
  6. 5 dakika boyunca kloroform içinde ipuçlarını daldırma ve daha sonra ilave 5 dakika boyunca dimetilformamit (DMF) içinde daldırma. PEG molekülüne Fmoc grubunun korumasının kaldırılması için, 30 dakika süre ile, DMF içinde% 20 piperidin (h / h) ipuçlarını daldırma. 4 dakika için ve daha sonra, ilave 4 dakika süreyle N-metil-2-pirolidon (NMP) içinde DMF içinde ipuçlarını batırın. üç kez daldırma sıralı tekrarlayın.
  7. Amino asitlerin bağlanması için, N-ucu korumalı amino asit (AA) / diizopropiletilamin (DIPEA) / 2- (1 H-benzotriazol-1-il) -1,1,3,3-tetrametilüronyum hexafluophosphate ihtiva eden bir çözelti içine sokmak ipuçları 1.5 saat boyunca 5 ml NMP içinde 30 mM bir toplam konsantrasyonda 1: 1: 1 arasında bir molar oranda (HBTU).
  8. Peptit bağlama, bir 5 ml çözelti cont içine ipuçları daldırmakorunan peptidin 40 mg Tahliye (N terminal ve yan zincir, örneğin Fmoc-Gln (Trt) -Pro-Ala-Ser (tBu) -Ser (tBu) -Arg için (PBF) -Tyr (tBu) -COOH). , 15 mg 2- (1H-benzotriazol-1-il) -1,1,3,3-tetrametilüronyum heksaflorofosfat (HBTU), ve 2 saat boyunca NMP içinde DIPEA 5 ml.
  9. 4 dakika boyunca NMP içinde ipuçlarını batırın. Daha sonra, asetil grubu ile oyma serbest / tepkimemiş NH2 koruma molar oranı 4 asetik anhidrit / DIPEA karışımı 30 dakika boyunca ipuçları daldırma: 1 ile NMP içinde 0.65 M bir toplam konsantrasyonu.
  10. Peptid bağlantı için, iki ek adımları uygulayın.
    1. Peptit yan zincirleri korumasının kaldırılması, 1 saat boyunca% 95 TFA,% 2.5 triizopropilsilan ve% 2.5 su ihtiva eden bir çözelti içine ipuçları sokmak ve sonra kloroform ve DMF yıkama için.
    2. 30 dakika süre ile, DMF içinde% 20 piperidin (h / h) içine ipuçları, peptidin Fmoc grubunun çıkarılması sokmak için.
  11. Sıralı peptit / aminoasit-işlevselleştirme daldırmaKloroform,% 50 etanol ve su (amino asit) (peptitler) DMF ya da NMP içinde dört dakika her biri d ipuçları. Nihayet havada ucu kurutun.

2. Yüzey Hazırlama

  1. mika hazırlayın. seloteyip kullanarak her kullanımdan önce yüzeyler (9.9 mm çap) bölmektedir. Ardından, üçlü damıtılmış su (TDW) ile yüzeyleri yıkayın.
  2. TiO2 -kaplı silikon hazırlayın.
    1. Bir elmas kalem kullanarak 2 cm kareler halinde silikon gofret (100) kesin.
    2. aseton ile doldurulmuş bir 15 ml test tüpü içinde yerleştirilmesidir ve bir ultrason banyosu içinde beş dakika için sonikasyon. Daha sonra, izopropanol ile doldurulmuş bir 15 ml test tüpü içinde, bu yüzey koyun ve 5 dakika için sonikasyon. azot kullanılarak substrat kurutun.
    3. % 5 (ağırlık / hacım) bir solüsyonu hazırlamak için, etanol içinde yüzey aktif madde (örneğin, Byk-348) içinde çözülür. Daha sonra, 2 ml% 30 TiO2 dispersiyona sürfaktan çözeltisinin 0.02 ml.
    4. Elde edilen çözelti itibaren, 0-cast damla.Temiz bir Si alt-tabaka 2 ml.
    5. Havada 2 saat boyunca 250 ° C 'de, bu açılan döküm yüzeyleri yeniden birleşir. 41

3. Tek-molekül Kuvvet Spektroskopi Ölçümleri

  1. piyasada mevcut iki bileşenli yapıştırıcı ile AFM metalik sahibine istenen yüzey takın. küçük bir petri şeklindedir AFM, cam tutucu metalik tutucu yerleştirin. Tris tamponu (50 mM, pH = 7.4) ya da arzu edilen herhangi bir ortam ile bu tutucu doldurun. Sonra, ucu tutucu altında AFM sahnede tutucu yerleştirin.
  2. % 10 kadar mutlak belirsizlikle (AFM yazılım dahil) ısı dalgalanma yöntemi 26 ile 10 ile 30 pN / nm arasında değişen yay sabitleri AFM konsol kalibre edin.
  3. Bir sıkıştırma ile alt-tabaka ile temas edene kadar alt-tabaka, amino asit ya da peptid-işlevselleştirilmiş ucu yaklaşarak etkileşim kuvveti ölçmek~ 200 pN kuvvet ve hemen ardından ~ 200 nm bir mesafe için 0.1 ile 0.8 mm / s, çeşitli hızlarda ucu geri çekin.

4. Veri Analizi

  1. fotodiyot hassasiyeti (V / m) çarpılması ve deneysel olarak belirlenen yay sabiti kullanılarak (V) zorlamak için saptırma değerleri dönüştürmek. 42 Bu AFM yazılım tarafından otomatik olarak yapılır.
    1. Eğrilerin tek molekül olaylar, kayıt yüzlerce (800-1,500) ile FD eğrileri elde etmek. Bir tek-molekül eğrisinde iki tepe elde: İlk tepe ucu ve yüzey ve yüzey ile molekülün belirli bir etkileşim ikinci zirve tekabül arasındaki non-spesifik etkileşimler gösterir. FD eğrisi, bu iki tepe daha ihtiva ettiğinde, en olası güç hesaplamasına atın.
      NOT: Sadece tek yapışma olaylar (10 eğrilerin% 30) bir hesaba alınır. 43
  2. 44 ile mesafe eğrileri vs uygun en az 50 kuvveti hesaplamak için belirgin yükleme oranları. alt tabakadan konsol ayırdıktan sonra yürürlüğe atlama gelen peptitler / amino asitler ve yüzey arasındaki unbinding kuvvetleri türevi.

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

Şekil 1 ucu modifikasyonu prosedürü sergiler. İlk aşamada, bir plazma işleme silisyum nitrür uç yüzeyini değiştirir. ucu OH gruplarını sunar. Bu gruplar daha sonra silan ile reaksiyona girer. Bu aşamanın sonunda, uç yüzey serbest -NH2 grupları ile karşılanacaktır. Bu, serbest aminler daha sonra Fmoc -PEG-NHS, kovalent bir bağlayıcı ile reaksiyona girer. PEG bağlayıcının Fmoc grubu pipyridine, koruma bozucu bir reaktif ile çıkarılır. Son olarak, incelenen amino asit ya da peptid molekülü eşleme ayracının HBTU kullanılarak PEG serbest amin grubu vasıtasıyla bağlanır.

Değiştirilmiş AFM ucu ile yüzeye (Şekil 2) amino asit veya peptid etkileşimlerini incelemek mümkündür. PEG molekülünün ucundan peptid ya da amino asit ayırır ve bunları serbest yönlendirilmesini sağlar. Tipik bir kuvvet measuBir Kuvvet mesafe eğrisi rement sonuçları (Şekil 3). Bu eğri yüzey ucu ve tek molekül yapışma olayı ayrılması karakteristik noktasına sahiptir. İlk zirve özel yapışma olayı ifade eder ucu ve yüzey ve ikinci zirve arasındaki non-spesifik etkileşimler gösterir. birkaç yüz FD eğrilerinden zorla karşı yapışma olaylarının sayısı çizilerek bir histogram inşa etmek mümkündür. Bu histogramlar üzerinde bir Gauss uyum uygulayarak en olası kuvvet (MPF) belirleyecektir.

Şekil 1
Şekil 1: İpucu değişiklik prosedürü. AFM ucu kimyasal modifikasyonu şematik temsili. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.


Şekil 2: deney düzeneği SMFs. amino asitler veya peptidler ve istenilen yüzey arasındaki etkileşimleri ölçmek için tek-molekül kuvvet spektroskopisi kurulum şematik gösterimi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: Kuvvet mesafe Eğrisi. Bir TiO2 yüzeyden mika yüzeyi, ve (B) bir amino asit fenilalanin (A) peptidi Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr yırtılması için tipik tek-molekül FD eğrileri. cli LütfenBu rakamın büyük halini görmek için buraya ck.

Şekil 4,
Şekil 4: histogramlar En Muhtemel Gücü (MPF) arsa ve grafikler kuvvet Vs. arsa yükleme hızı. Mikadan, (B (3.1 ± 0.6 nN / s (n = 7, 8) bir yükleme oranında), (A) peptidi Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr kopma kuvveti değerleri tipik histogramlar ) TiO 2 amino asit fenilalanin (4.2 ± 0.7 nN / s (yükleme hızında N = 79)). En muhtemel kuvvet (MPF) değeri Gauss uyum (siyah çizgiler) dayalı olarak hesaplanmıştır. (C) peptidi Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr ve (D) bir amino asit fenilalanin yırtılma kuvvetleri için yükleme oranı bağımlılığı. kinetik parametreler görünür yükleme r logaritma vs kuvvet doğrusal arsa yola çıkılarak edildiyemek yedi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

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

Protokolde 1.3, 1.4 ve 1.7 detaylı özenle ve çok hassas bir şekilde yapılmalıdır Adım. adım 1.3, uç silan karışımı ile silanizasyon işlemi bir inert atmosfer (nemsiz) içinde yapılmalıdır temas etmemelidir. 45 Bu çok tabakalı oluşmasını önlemek için ve silan moleküller nemi kolayca mevcudiyetinde hidrolize için yapılır. 45

Aşama 1.4, sıcaklık ve zaman düzgün bir şekilde muhafaza edilmelidir. adım 1.5 başlamadan önce, uç oda sıcaklığına kadar soğutulur edilmelidir; aksi takdirde zarar görür. birleştirme basamak (1.7) 'de, HBTU ve incelenen amino asit ya da peptidin karışımı içinde çözündürülmelidir. Bağlama sonrasında farklı çözücüler ile ucu yıkama ucu zarar görmemesi için çok hassas bir şekilde yapılmalıdır.

bildirilen teknik appl olabilirherhangi bir peptit veya amino asit ied. silikon ucu değiştirmek için, biz silanlar kullanın. Bu değişmiş olabilir genel kimya olduğunu. Örneğin, tek bir uç değiştirme PEG'lenmiş silanın iki ya da bir tür kullanabilir. Ucu altın yapılmış ise 23, 25, 26, o zaman tiol grupları ucunun değiştirilmesi için de kullanılabilir. Alternatif protokoller nitrilotriasetat (NTA) birlikte rekombinant histidin-etiketli proteinler ile, histidin hedef mümkün linkers, -terminated istifade eder. Son zamanlarda, Lyubchenko ve ark. sentezi tarif yeni bir polimer bağlayıcının incelenmesi ve çeşitli SMFs deneylerde uygulanmasını göstermektedir. Bağlayıcının sentezi iyi gelişmiş fosforamidat (PA) kimyası dayanır. Bu kimya, önceden belirlenmiş uzunluklarda ve PA bileşimle bağlayıcıların rutin sentezini sağlar. Bu bağlayıcılar uzunluğu homojendir ve çeşitli fonksiyonel gruplarla sona erdirilebilir.Ayrıca, biyomoleküllerin sülfür atomları ile altın formu kovalent bağlar olarak yerel veya tasarlanmış tiyol grupları aracılığıyla altın yüzeyler veya ipuçları demirlemiş olabilir.

Bu yöntem toplu olarak tek molekül düzeyinde bir yüzeyden bir molekül bağlantı kesme olup için gereken kuvvet niceliksel ve ayrıntılı ölçülebilir. Tekniğin Gelecek uygulamalar ucu proteinlerin eki ve yeni melez malzemelerin tasarımı yer alıyor. yeni kompozit malzemelerin ve fonksiyonel yüzeyler tasarım ve geliştirme inorganik maddelerle proteinler ya da peptidler arasındaki etkileşimlerin temel bir anlayış elde yararlanacaktır. AFM ile SMFs için burada sağlanan protokol proteinler, peptidler ve farklı yüzeyler ile amino asitler arasındaki etkileşimleri çalışmak için güçlü bir araç olarak hizmet edebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

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).
Tek Molekül Kuvvetleri Spektroskopisi kullanarak İnorganik Malzemelerle Amino Asitler ve Peptitler Etkileşimi içine Trendleri
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