Study of Protein Conformation with FT-IR

Význam tématu

Spektrální analýza proteinu metodou FT-IR poskytuje citlivý přístup k detekci změn druhotné struktury, klíčových pro biochemické i farmaceutické aplikace. Umožňuje sledovat formování β-skládaných struktur, agregaci, fibrilaci i konformační přechody vyvolané teplotou, pH či ligandem, což doplňuje a rozšiřuje možnosti běžné cirkulární dichroismové spektroskopie.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace je demonstrovat využití FT-IR spektroskopie pro rychlou a citlivou charakterizaci proteinových konformací. Studie prezentuje princip měření absorpce pásu amide I, ukazuje predikci sekundární struktury pomocí chemometrických metod a detailní monitorování konformačních změn při různých experimentech.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda vychází z excitace kmitů amide vazeb infračerveným zářením. Intenzita pásu amide I odpovídá koncentraci aminokyselin a posun vlnové délky reflektuje změnu ve vodíkovém vazbě a typu sekundární struktury.

• Systém CONFOCHECK založený na FT-IR platformě INVENIO (Bruker)
• BioATR II bunka pro měření vzorků v roztoku i pevném stavu

Hlavní výsledky a diskuse

Experimenty s RNáza A ukázaly postupné odmotávání při zahřívání mezi 25 a 75 °C, doprovázené posunem pásu amide I odpovídajícím úbytku paralelních β-skládaných struktur. Podobně dialýza s thiokyanátem odhalila solí indukované unfolding. FT-IR také umožnil monitorovat kinetiku agregace a fibrilace, kdy se v průběhu agregace objevují charakteristické antiparalelní β-skládané motivy. Metoda byla úspěšně aplikována na proteiny navázané na nano- a mikročásticích, kde konformace zůstává zachována nebo se mění v závislosti na povrchových podmínkách.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá predikce druhotné struktury během 30 s měření
• Citlivé sledování denaturace, agregace i refoldingu proteinů
• Detekce nestability formulací v raných fázích vývoje léčiv
• Analýza proteinů v komplexních matricích, včetně roztoků s přísadami a lyofilizovaných vzorků
• Hodnocení konformačních změn při vazbě ligandu

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření FT-IR s integrací pokročilých chemometrických a metod strojového učení k predikci struktury. Vývoj přenosných a in situ měřicích modulů pro bioprocesy a farmaceutickou výrobu umožní kontinuální monitoring stability. Aplikace při vývoji nanostrukturálních nosičů a screening ligandů dále podpoří různé oblasti biotechnologie a farmacie.

Závěr

FT-IR spektroskopie představuje všestrannou a vysoce citlivou metodu pro studium proteinové konformace. Díky rychlosti měření, možnosti analýzy v různých formách vzorku a vysoké detekční citlivosti poskytuje cenné informace pro výzkum i průmyslové aplikace.

Reference

Neuvedeny