La forma y la alineación lo son todo. La forma en que las piezas de tamaño nanométrico encajan en una estructura completa determina qué tan bien se desempeña una célula viva o un dispositivo fabricado artificialmente. Un nuevo método para ayudar a comprender y predecir dicha estructura ha llegado con el uso exitoso de una nueva herramienta de imágenes.

Acoplamiento impulsado por láser, imágenes de fluorescencia bidimensional y modelado por computadora de alto rendimiento, un equipo de seis miembros, dirigido por el químico Andrew H. Marcus de la Universidad de Oregon y el químico Alan Aspuru-Guzik de la Universidad de Harvard, resolvió la conformación de moléculas de porfirina autoensambladas en una membrana biológica.

Las porfirinas son compuestos orgánicos omnipresentes en los seres vivos. Llevan cargas eléctricas móviles que pueden saltar de una molécula a otra y permiten las comunicaciones a nanoescala y la transferencia de energía. También son bloques de construcción en nanodispositivos.

La nueva técnica, espectroscopia de fluorescencia 2D de modulación de fase, se detalla en un artículo que se publicará en línea esta semana antes de su publicación regular en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. El avance evita el paso a menudo necesario de obtener cristales de moléculas que se están estudiando, dijo Marcus, miembro del Centro de Óptica de Oregón, Instituto de Ciencia de Materiales e Instituto de Biología Molecular. La mayoría de las moléculas biológicas funcionales no forman cristales fácilmente.

"Nuestra técnica es una forma viable de determinar cómo los objetos macromoleculares se ensamblan y forman las estructuras que formarán en entornos biológicos, "Dijo Marcus." Es robusto y proporcionará un medio para estudiar las interacciones biológicas proteína-ácido nucleico ".

Ya se está trabajando para modificar la instrumentación experimental en el laboratorio de óptica de alta estabilidad estable y con temperatura controlada de la UO para aplicar la investigación en maquinaria de replicación de ADN, una categoría de los complejos macromoleculares más conocidos. que constan de ácidos nucleicos y proteínas que deben estar correctamente alineados para funcionar correctamente. "Es una estrategia que nos permitirá hacer dos cosas:mirar estos complejos una molécula a la vez, y realizar experimentos en longitudes de onda ultravioleta cortas para observar problemas de ADN, " él dijo.

Además, el enfoque debería ser útil para los científicos de materiales que se esfuerzan por comprender y aprovechar la conformación necesaria de los polímeros utilizados en la producción de dispositivos a nanoescala. "En biología, Las moléculas grandes se ensamblan para formar estructuras muy complejas que funcionan juntas como una máquina. "Dijo Marcus." La forma en que estas estructuras a nanoescala se forman y se vuelven funcionales es una cuestión que se persigue activamente ".

La técnica se basa en versiones anteriores de espectroscopía óptica bidimensional (2D) que surgieron en un esfuerzo por sortear las limitaciones involucradas en la aplicación de la cristalografía de rayos X y la resonancia magnética nuclear a dicha investigación. Los enfoques 2D anteriores dependían de la detección de señales transmitidas pero carecían de la sensibilidad deseada.

El nuevo enfoque se puede combinar con la microscopía de fluorescencia de una sola molécula para permitir la investigación en las escalas más pequeñas hasta la fecha. Dijo Marcus. "Con fluorescencia, puedes ver y medir lo que sucede una molécula a la vez. Esperamos que este enfoque nos permita observar conjuntos moleculares individuales ".