Zeitschrift für Nanomedizin und biotherapeutische Entdeckung
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Abstrakt

Strukturanalyse der gebildeten Nanostrukturen aromatischer Aminosäuren

Sahin Uyaver

Die Selbstassemblierungszyklen der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan wurden reproduziert und es zeigte sich, dass sie fibrillenartige Aggregate bilden, die mit bestimmten seltenen Krankheiten und Fällen von Zelltod in Verbindung stehen. Reine Systeme und ihre Verbindungen wurden bei konstanten Temperaturen gezielt konzentriert und Freienergiediagramme erstellt, die die Größe und Menge der Aggregatmonomere darstellen, die mit Aggregaten mit niedrigerer Energie in Zusammenhang stehen. In Übereinstimmung mit einigen früheren Arbeiten zeigen aromatische Aminosäuremonomere eine Tendenz zur Koordination mit einem Vierfachgleichgewicht. Die Entwicklung dieser und anderer Aggregate nimmt bei höheren Temperaturen zu. Bei niedrigeren Temperaturen zeigen unsere Doppelmischungsreproduktionen, dass ein steigender Tryptophangehalt den Aggregationszyklus von der Bildung spezifischer Nanostrukturen weg und hin zu Aggregaten mit Aggregaten mit Aggregation treibt, was mit experimentellen Erkenntnissen über reine Tryptophanverbindungen übereinstimmt. Diese Arbeit liefert Erkenntnisse auf atomarer Ebene zu einer Vielzahl physikalischer Phänomene, die in Bereichen wie der menschlichen Medizin anwendbar sind.

1 Einleitung

Ansammlungen vernetzter Moleküle mit einer Größe zwischen 1 und 100 nm werden üblicherweise als „Nanostrukturen“ bezeichnet. Nanostrukturen sind in biologischen Systemen sehr weit verbreitet, wobei bekannte Beispiele Proteinansammlungen, Viren, Lipidvesikel und Zellorganellen sind. Diese charakteristischen Nanostrukturen entstehen durch submolekulare Selbstansammlung, den Prozess verschiedener Prozesse wie Bildung von Phospholipidfilmen, DNA-Doppelhelix-Assoziation, Bildung von Amyloidfibrillen (sowohl funktionale als auch neurologische) usw. Während des Prozesses der molekularen Selbstansammlung durchlaufen einzelne Moleküle (Monomere) eine autonome Assoziation durch verschiedene nichtkovalente Wechselwirkungen, darunter Wasserstoffbindung, elektrostatische Anziehung, Van-der-Waals-Kräfte und aromatische Stapelung, wodurch thermodynamisch stabile, geordnete und progressive Nanostrukturen entstehen. Insbesondere die Selbstansammlung von Proteinen spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung biologischer Basismaterialien und führt zur Entstehung des Aktin-Zytoskeletts, von Mikrotubuli, Viren und anderen wichtigen Nanostrukturen. Einige gut sichtbare Strukturen, wie etwa Kollagen in der Haut, Keratin in Nägeln und Haaren sowie Seide mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften, bestehen ebenfalls aus Proteinbausteinen.

Peptides are pieces of proteins which may bear the practical and auxiliary attributes of proteins. The self-get together of peptides has been a subject of broad examination attributable to the natural biocompatibility of these structure blocks, simplicity of combination, biodegradability and recyclability. Applying the "base up" approach, in which self-gathering happens at a sub-atomic (or even nuclear) level, permitted the plan of biomaterials with interesting properties that emulate the intricacy and measurements of natural frameworks. The self-get together of different peptide building blocks brought about various nanostructured morphologies, including fibrils, nanotubes, circles, vesicles and hydrogel grids. Such nanostructured gatherings have assorted applications going from science to nanotechnology. The arrangement of nanostructures by short peptides was first detailed 25 years prior by Ghadiri et al., who exhibited the development of nanotubular structures by the self-get together of a cyclic octapeptide with rotating L and D amino acids. Afterward, in 2003, applying a reductionist methodology, a ultrashort dipeptide, diphenylalanine (Phe-Phe), which is the center acknowledgment theme of Aβ, was shown to be simply the least complex structure block for peptide association made out of coded amino corrosive, shaping circumspect nanotubes. Later examinations have affirmed that different dipeptides, including the least difficult fragrant one, diphenylglycine, could shape requested gatherings. Along these lines, for quite a while it was accepted that the dipeptide building blocks speak to the littlest acknowledgment units coming from the novel properties of the amide bond and its halfway planarity because of reverberation adjustment.  

2 Amino Acid Based Nanostructures

The self-assembly of both unmodified and altered amino acids to frame prudent nanostructure has as of late arose as a captivating field of examination, with energizing likely applications. At times, the get together structures a trapped fibrillar 3D organization of nanostructures which can entangle dissolvable particles to shape actual gels. Here, we present a brief perspective on these self-amassed nanostructures and physical gels.

2.1 Self-assembled Nanostructures

Amino acids self-collected nanostructures can be partitioned by their constituent structure blocks, I. e. altered and unmodified amino corrosive based structure blocks. Changed Amino Acid Self-get together Self-gathered structures of adjusted amino acids were introduced in 1984 when Onai and colleagues combined N-(2-hydroxydodecyl) amino acids and found that N-(2-hydroxydodecyl) valine shaped strands in unstable natural solvents (CH3)2CO or diethyl ether) with helicity which modified by the chirality of valine. Comparable properties were noticed for leucine (Leu) and alanine (Ala), while the tryptophan (Trp) subsidiary didn't display helical fiber arrangement. Later it was seen that N-acyl-L-aspartic acids (CnAsp, n=12–18) could frame gel-like totals in fluid arrangements at medium pH and low temperatures. The morphologies of these congregations shifted from vesicles to helical filaments, contingent upon the length of the hydrocarbon chains as well as the pH of the arrangement. It was likewise seen that C12Glu didn't shape filaments, while C12Ala gathered into round and hollow strands without helicity.

2.2 Hydrogels

Single amino acids have likewise been shown to frame 3D organizations of nanostructures which could capture dissolvable atoms shaping supramolecular gels. In this segment we talk about various procedures to set up these gels and their suggestions. Being the first to apply the enzymatic way to deal with get ready amino corrosive based hydrogels, Xu and collaborators utilized antacid phosphatase, which eliminates the hydrophilic phosphate bunch from Fmoc tyrosine phosphate and converts it to hydrophobic Fmoc-Tyr. This adjustment in solvency set off the supramolecular gelation of Fmoc-Tyr comprising of nanofibrillar morphology. This methodology of enzymatic sol-gel progress was later used to outwardly screen the action of inhibitors for a specific protein. Pamidronate disodium, Zn2+, and sodium orthovanadate (Na3VO4) were analyzed as inhibitors and their base inhibitory focuses were estimated by checking the sol-gel stage change (Figure 6B). Yang and colleagues likewise announced hydrogelation utilizing the enzymatic methodology where a "nonhydrogelator" Fmoc-L-Tyr(PO(OH)2-OMe was changed over into a hydrogelator Fmoc-L-Tyr-OMe after treatment with phosphatase. They suggested that the nanofibers of the hydrogel were primarily made out of the hydrogelator, yet were doped with the hydrophilic antecedent, presenting their solidness in fluid medium.

3. Conclusions and Future Outlook

Aminosäuren haben sich als die einfachsten bioinduzierten Bausteine ​​zur Herstellung von Nanostrukturen erwiesen. Wie in dieser Kernstudie untersucht, bilden sowohl modifizierte als auch unveränderte Aminosäuren Nanostrukturen mit unterschiedlichen Morphologien, darunter Stränge, Bläschen, Nanostäbe, Nanoflocken, Nanoröhren usw. Die Filamente könnten sich auch tatsächlich kreuzvernetzen, um fixierte 3D-Netzwerkstrukturen zu bilden, die zur Immobilisierung löslicher Moleküle und damit zur Bildung von Gelen geeignet sind. Diese Nanostrukturen sind sowohl aus der Perspektive der Krankheits- als auch der Materialwissenschaft von entscheidender Bedeutung. Die Stränge, die aus der Selbstansammlung ungeschützter Aminosäuren wie Phe, Tyr und Trp entstehen, ähneln gewöhnlichen Protein-Amyloid-Ansammlungen. Diese Erkenntnisse stärken den Zusammenhang zwischen Stoffwechselstörungen und Amyloid-Erkrankungen, und das Verständnis des Aminosäureakkumulationsfaktors könnte Einblicke in die grundlegende Ätiologie dieser Infektionen liefern. Darüber hinaus könnten Methoden zur Erfassung der Faserstrukturen neue Leitmodelle für die therapeutische Vermittlung dieser Infektionen liefern. Andererseits ergeben angepasste Aminosäuren Nanostrukturen/Hydrogele für verschiedene Anwendungen, einschließlich Arzneimittelveranschaulichung und -abgabe, Elektronenakzeptoren für Solarzellen, Anordnung und Ausrichtung von Silbernanopartikeln in Hydrogelnetzwerken, antibakterielle Materialien, Schmiermittel unter Scherung usw.