Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Makrosiklus lipat yang dibuat sendiri dengan simetri rendah – ScienceDaily


Molekul yang terdiri dari beberapa subunit berulang, yang dikenal sebagai monomer, yang struktur kimianya dapat bervariasi atau tidak, diklasifikasikan sebagai makromolekul atau polimer. Contohnya ada di alam, termasuk protein dan asam nukleat, yang merupakan jantung dari semua sistem biologis. Protein tidak hanya membentuk dasar dari elemen struktural dalam sel, tetapi juga berfungsi sebagai enzim – yang mengkatalisasi pada dasarnya semua transformasi kimia yang terjadi dalam sistem kehidupan. Sebaliknya, asam nukleat seperti DNA dan RNA berfungsi sebagai makromolekul informasional. DNA menyimpan informasi genetik sel, yang secara selektif disalin ke dalam molekul RNA yang memberikan cetak biru untuk sintesis protein. Selain itu, rantai panjang yang terdiri dari unit gula memberikan cadangan energi dalam bentuk glikogen yang disimpan di hati dan otot. Kelas molekul polimerik yang beragam ini semuanya memiliki satu fitur yang sama: Mereka secara spontan melipat menjadi konformasi spasial yang khas, misalnya heliks ganda DNA yang terkenal, yang dalam banyak kasus penting untuk fungsi biokimianya.

Profesor Ivan Huc (Departemen Farmasi, LMU) mempelajari aspek proses organisasi mandiri yang memungkinkan makromolekul mengadopsi bentuk lipatan yang ditentukan. Struktur molekul yang ditemukan di alam memberinya model, yang sifat-sifatnya ia coba reproduksi di laboratorium dengan molekul non-alami yang bukan merupakan protein, asam nukleat atau seperti gula. Lebih khusus lagi, dia menggunakan alat kimia sintetik untuk menjelaskan prinsip-prinsip dasar pengorganisasian diri – dengan membangun molekul yang secara tegas dirancang untuk dilipat menjadi bentuk yang telah ditentukan sebelumnya. Dimulai dengan monomer yang telah dikembangkan oleh kelompoknya, dia mulai memproduksi apa yang dia sebut ‘pelipat’, dengan merakit monomer satu per satu untuk menghasilkan makromolekul terlipat.

Struktur dengan derajat simetri rendah

“Cara normal untuk mendapatkan struktur kompleks protein adalah dengan menggunakan berbagai jenis monomer, yang disebut asam amino,” seperti yang dilaporkan Huc. “Dan metode normal untuk menghubungkan asam amino yang berbeda dalam urutan yang benar adalah menghubungkannya satu per satu.” Urutan asam amino mengandung informasi pelipatan yang memungkinkan urutan protein yang berbeda untuk dilipat dengan cara yang berbeda.

“Tapi kami menemukan sesuatu yang tidak terduga dan spektakuler,” komentar Huc. Dia dan rekan-rekannya di Munich, Groningen, Bordeaux, dan Berlin menggunakan monomer organik yang mengandung sulfur untuk secara spontan mendapatkan makromolekul siklik dengan bentuk yang kompleks, seperti yang diilustrasikan oleh derajat kesimetrisannya yang rendah, tanpa memerlukan urutan tertentu. Makromolekul mensintesis sendiri – tidak diperlukan kondisi lebih lanjut. “Kami hanya memasukkan satu jenis monomer ke dalam labu dan menunggu,” kata Huc. “Ini khas untuk reaksi polimerisasi, tetapi polimer dari monomer tunggal biasanya tidak mengadopsi bentuk yang kompleks dan tidak berhenti tumbuh pada panjang rantai yang tepat.”

Untuk lebih mengontrol reaksi, para ilmuwan juga menggunakan molekul tamu kecil atau ion logam. Regulator mengikat di dalam makromolekul yang sedang tumbuh dan menyebabkan monomer mengatur dirinya sendiri di sekitarnya. Dengan memilih regulator dengan karakteristik yang sesuai, penulis studi baru dapat menghasilkan struktur dengan jumlah subunit yang telah ditentukan. Makromolekul siklik menunjukkan tingkat kesimetrian yang rendah. Beberapa terdiri dari 13, 17 atau 23 subunit. Karena 13, 17 dan 23 adalah bilangan prima, bentuk lipatan yang sesuai menunjukkan derajat simetri yang rendah.

Sebuah model untuk proses biologi dan industri

Ketertarikan pada penjelasan mekanisme semacam itu tidak terbatas pada bidang penelitian dasar. Huc dan rekan-rekannya berharap pendekatan mereka akan mengarah pada pembuatan plastik desainer. Polimer konvensional biasanya terdiri dari campuran molekul yang panjangnya bervariasi (yaitu jumlah monomer yang dikandungnya). Heterogenitas ini berdampak pada sifat fisiknya. Oleh karena itu, kemampuan untuk mensintesis rantai polimer dengan panjang dan / atau geometri yang tepat diharapkan dapat menghasilkan material dengan perilaku baru dan menarik.

Selain itu, pelipat seperti yang sekarang telah disintesis menunjukkan kemiripan struktural yang dekat dengan biopolimer. Oleh karena itu, mereka menawarkan sistem model yang ideal untuk mempelajari sifat-sifat protein. Setiap protein terdiri dari urutan asam amino linier yang ditentukan (yaitu tidak bercabang), yang merupakan ‘struktur primer’. Tetapi kebanyakan rantai asam amino terlipat menjadi substruktur lokal seperti peregangan melingkar heliks, atau untaian paralel yang dapat membentuk lembaran. Unit-unit ini mewakili struktur sekunder protein. Istilah ‘struktur tersier’ diterapkan pada rantai tunggal yang terlipat penuh. Ini pada gilirannya dapat berinteraksi dengan rantai lain untuk membentuk unit fungsional atau struktur kuaterner.

Tujuan akhir Huc adalah untuk meniru mekanisme biologis yang kompleks menggunakan prekursor sintetis yang ditentukan secara struktural. Dia ingin memahami bagaimana, misalnya, enzim melipat ke dalam konformasi yang benar dan aktif secara biologis setelah sintesisnya dalam sel. Molekul yang propertinya dapat dikontrol dengan tepat di laboratorium memberikan model yang ideal untuk mencari jawaban dan mungkin melampaui enzim itu sendiri.

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Ludwig-Maximilians-University Munich. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney