Исследование раскрывает давно обсуждаемую структуру молекул, организующих клетки
Новое исследование из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета впервые описало внутреннюю структуру полиэлектролитных комплексов. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Эти комплексы, состоящие из положительно и отрицательно заряженных полимерных цепей, помогают клеткам создавать компартменты и поддерживать организацию. Их уникальные свойства — способность формировать интерфейсы и разделять жидкости — делают их перспективными для технологий: фильтрации воды, создания лучших аккумуляторов, подводного клея и фармацевтических препаратов.
Десятилетиями оставался неясным вопрос о внутреннем устройстве этих комплексов: цепи выстраиваются в аккуратные чередующиеся линии или расположены более хаотично, как «яичница-болтунья»?
Моделирование и рассеяние
Для решения этой загадки команда под руководством Хуана де Пабло и Мэтта Тиррелла объединила теоретические и экспериментальные методы.
- Моделирование: Исследователи Артем Румянцев и Хейи Лян разработали молекулярные модели и провели тысячи симуляций, а также теоретические расчёты на основе статистической механики, чтобы понять наиболее вероятный способ сборки этих молекул.
- Эксперимент: Группа под руководством Яна Фана и Ангелики Нейтцель создала точные версии этих молекул в лаборатории. Для определения их структуры использовалась техника нейтронного рассеяния.
Ключевой проблемой было отличить положительно заряженные цепи от отрицательно заряженных, так как при обычном нейтронном рассеянии они выглядят одинаково. Учёные применили хитрость: они заменили атомы водорода в положительно заряженных цепях на дейтерий, который по-разному рассеивает нейтроны.
Результат показал, что цепи формируют отчётливые повторяющиеся паттерны в малом масштабе, но не обладают строгим порядком на больших расстояниях.
Перспективы и синергия
«Знание молекулярной структуры означает, что вы можете синтезировать и готовить их более точно, что открывает возможности для применения», — сказал соавтор исследования Хуан де Пабло.
Низкое межфазное натяжение этих капель, содержащих много воды, позволяет им инкапсулировать объекты или растекаться по поверхностям и прилипать. Это полезно для доставки лекарств в организме или создания подводных адгезивов.
Мэтт Тиррелл отметил, что работа стала моделью синергии теории и эксперимента: «Это очень мощное сочетание двух подходов. Этого бы не случилось, если бы каждая группа работала изолированно».