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NanoIR Spectrometry Journal Club

Determinación de la estructura secundaria de molécula única de proteínas a través de la nanoestroscopia de absorción infrarroja

por Francesco Simone Ruggeri, Benedetta Mannini, Roman Schmid, Michele Vendruscolo y Tuomas P. J. Knowles

Nature Communications 2020, 11, 2945

Los autores utilizaron por primera vez la técnica AFM-IR basada en fototérmica para lograr las mediciones de espectros de absorción infrarroja y mapas químicos a nivel de una sola molécula. La alta sensibilidad en su medición permitió la determinación precisa de la estructura secundaria de una sola molécula de proteína que es consistente con la estructura del material proteico a granel. Los resultados demostraron la alta sensibilidad y alta resolución espacial de la técnica AFM-IR y allanaron el camino para el sondeo directo de biomoléculas individuales en un contexto más amplio.

Para lograr la caracterización AFM-IR de una sola molécula de proteína, se adoptó un enfoque innovador en la configuración experimental. Este enfoque, a saber, ORS-nanoIR, utilizó un pulso fuera de resonancia, de baja potencia y corto del haz infrarrojo para excitar la molécula de proteína única. La excitación fuera de resonancia, es decir, la frecuencia de pulso láser desintoncionado a una frecuencia de 1-2 kHz menor que el pico de frecuencia de resonancia de contacto, dio el contraste máximo en la señal de deflexión en voladizo inducida por láser entre la muestra de proteína y el sustrato de oro. El esquema de operación de baja potencia y pulso corto estableció un régimen de respuesta lineal del voladizo a la expansión térmica de la muestra inducida por la absorción infrarroja. Tales condiciones también evitaron el daño de la muestra de proteína blanda durante la medición. Este innovador enfoque experimental permitió la adquisición de espectros AFM-IR y mapas de una sola proteína en una escala de tiempo de 1 s, con una relación señal-ruido de 10-20 euros. Como ejemplos para demostrar las capacidades de esta técnica, se midieron con éxito moléculas únicas de dos especies de proteínas diferentes, la apoferritin y la tiroglobulina, y sus estructuras secundarias se determinaron con precisión a partir de los espectros AFM-IR de alta calidad.