Pour les scientifiques moléculaires, apprendre à l'étude entre les atomes sont attachés à eux est très important. Par exemple, lorsque les entreprises pharmaceutiques ont besoin de développer de nouveaux médicaments, ou de vérifier la composition et la pureté du médicament, ils sont inséparables de la connaissance de la structure chimique de la molécule. Cependant, La plupart des techniques de reconnaissance sont la structure chimique indirecte de Il est comme vous voulez photographier une personne, mais seulement pour obtenir ses empreintes digitales, un croquis, ou que les dossiers dentaires.
Dans une nouvelle étude, deux groupes de recherche indépendants utilisent diffraction électronique , Une vitesse sans précédent dessiner des antibiotiques, des hormones et d'une autre structure chimique du composé. Les techniques traditionnelles peuvent prendre des mois à des années pour déterminer la structure, maintenant seulement besoin de 30 minutes à l'heure de la journée peut faire . Cette approche aide les chimistes médico-légaux et les responsables sportifs pour identifier rapidement les drogues illicites, et d'accélérer les fabricants de médicaments pour trouver de nouveaux médicaments.
Chimiste Donna Huryn dit, " Je ne l'avais pas trouvé un champs chimiques tellement excité. "
Sonde de structure moléculaire Historique
Pendant des décennies, les scientifiques ont utilisé ce qu'on appelle Cristallographie aux rayons X Techniques pour obtenir la structure chimique de la molécule.
Tout d'abord, les scientifiques ont besoin molécule induisant une cristallisation, puis bombardés de cristal aux rayons X - de la même structure périodique régulière molécule formée d'empilement, dans la face du rebond des atomes de cristal aux rayons X se produit un soi-disant diffraction des rayons X , Un détecteur spécial de rayons X permet d'enregistrer le diagramme de diffraction. Ensuite, les scientifiques de diffraction logiciel d'analyse de modèle, et le calcul de la structure de la molécule.
Cependant, la diffraction des rayons X ne peut agir que sur les plus gros cristaux (avec au moins une taille de dimension non inférieure à 50 microns) pour donner de grands cristaux se prennent souvent plusieurs semaines ou plusieurs mois voire des processus ardu. De plus, certains tout simplement difficile à cristalliser moléculaire, impossible d'analyser leur structure chimique en utilisant cette technique.
Une méthode alternative consiste à remplacer les rayons X avec un faisceau d'électrons. Pour la taille d'environ 100 nanomètres cristallographie aux rayons X dérivation la plupart des substances, et les électrons sont plus susceptibles de rebondir à partir du matériau. Par conséquent, vous pouvez utiliser La diffraction électronique Pour analyser la structure moléculaire. Les cristaux de cette taille est invisible, mais pour les produits chimiques en bouteille, cette méthode doit être beaucoup plus facile.
utilisation diffraction électronique Dessinez la structure moléculaire est pas une idée nouvelle. En 2007 et en 2008, lorsque la cristallographie mis au point un procédé pour détecter automatiquement une première diffraction d'électrons en utilisant la structure tridimensionnelle de la molécule. Avant cela, les scientifiques ont du mal à multiples motifs de diffraction à deux dimensions fusionnent ensemble pour obtenir cette structure en trois dimensions.
Dans un premier temps, la technique est principalement utilisé pour la diffraction de faisceau d'électrons structuration inorganique Parce qu'ils ne sont pas en tant que molécules organiques sensibles aux effets des rayonnements. En 2013, un biologiste structurel à l'Université de Californie à Los Angeles a développé un dispositif appelé Tamir Gonen MicroED (Microelectronics Diffraction) technique de diffraction d'électrons, peut être appliqué à des macromolécules biologiques telles que les protéines. 2017 prix Nobel de chimie est décerné cryo-microscopie électronique , Grâce à cette technologie, les scientifiques sont en mesure de tirer une structure de protéines contenant des centaines de milliers d'atomes.
la microscopie électronique cryogénique utilisant atomique peut déterminer la composition des molécules de protéines complexes. (À gauche), le contrôle des complexes de protéines rythmes circadiens, (M) lire les changements de pression dans l'oreille, de sorte que le capteur (c), on peut entendre le virus Zika. | Source: nobelprize.org
Récemment publié deux structures éprouvée moléculaire organique inférieure peut être analysée par des techniques de diffraction d'électrons. Bien qu'une telle opération n'est pas la première fois à mettre en uvre, mais une importante étude nouvelle percée est qu'il montre rapide et facile cette analyse Oui.
membre Old combinés en une nouvelle technologie
Le premier article publié Octobre 16 dans la revue allemande « Chimie appliquée · Edition internationale » dans cet article, le rapport du Groupe d'étude CRISTALLOGRAPHES Institut Scherrer en Suisse Paul Tim leaders Grune ont dit qu'ils ont créé un appareil de prototype, le détecteur peut être trouvé compatible avec la structure de petites molécules en utilisant un faisceau d'électrons d'un microscope électronique. L'analyse du diagramme de diffraction d'électrons est l'utilisation du logiciel a été utilisé pour la cristallographie aux rayons X. « Tout est une partie de la composition préexistante, en fait, une bonne intégration de tous les systèmes. » Dit Grune.
L'équipe utilisant ce dispositif, les cristaux de fines formées à partir de la poudre dans la capsule, la structure trouvée analgésiques acétaminophène. De tels cristaux que quelques microns de long, la taille peut être beaucoup plus petite que l'analyse par diffraction des rayons X.
Analyse de la structure moléculaire du processus d'ensemble de la progestérone dure environ 30 minutes. Extrait de la vieille de plusieurs décennies bouteille de progestérone dans l'échantillon (à gauche), un échantillon est appliqué sur le récipient en forme de fromage (à gauche), le bombardement d'électrons dans l'échantillon de cristal en moins de trois minutes plus tard, un motif de diffraction est généré (au milieu à droite) cela peut être converti en la structure chimique des molécules (à droite) dans le cristal. | Source :. C.G JONES ET AL / CHEMRXIV.ORG 2018
Au 17 Octobre publié en ChemRxiv le deuxième document, l'équipe Gonen MicroED en utilisant la technologie pour résoudre les problèmes structurels de petites molécules plutôt que des protéines. Gonen dit, où le changement est négligeable. Les principaux ajustements liés à la préparation de l'échantillon - nécessitent une manipulation prudente la protéine fragile, dans ce cas, il doit faire est de la poudre mouture.
Avec cette équipe version modifiée de la technique pour détecter la structure de la poudre de médicament MicroED, analgésiques y compris l'ibuprofène et carbamazépine. La largeur de ces cristaux est d'environ 100 nm - moins de 1 milliard de fois en utilisant la cristallographie aux rayons X - technique nouvelle structure de ces cristaux peut être déterminée dans les 30 minutes.
les chercheurs ont utilisé une substance identifiée nouvelle structure chimique de la technologie, la structure moléculaire dessinée thiostrepton nisine antibiotique (carbone: Gray, N: bleu, oxygène: rouge, soufre: jaune). Le processus entier juste un jour. | Source :. C.G JONES ET AL / CHEMRXIV.ORG 2018
complainte des scientifiques, des protéines et d'autres domaines de la technologie largement utilisés, n'a pas été largement adoptée en chimie organique, avait tout devant nous, mais jusqu'à aujourd'hui ont proposé une telle solution merveilleuse, ce qui est vraiment surprenant.
Gonen ces omissions attribués à un manque de communication entre les différentes disciplines. Il a dit que seulement quand il a commencé à parler et se rendit compte que les chimistes, les chimistes rencontrés lors de la préparation de grands cristaux pour analyser la structure chimique des petites difficultés de molécules, ce qui lui a fait réaliser qu'il a une solution. « En tant que cristallographie des protéines, je ne considérais sérieusement petite molécule, pour nous, une petite molécule tente de se débarrasser de nos affaires. »
Surprise et restrictions
Une application évidente de cristallographie électronique indiquent un potentiel pour les candidats de développement de médicaments. Mais Gonen a dit que lorsque l'identification rapide des substances peut jouer un rôle crucial, cette technologie peut également être appliquée à de nombreux domaines de la médecine légale.
La technologie a causé une grande sensation, mais il a des limites. Par exemple, l'effet des produits chimiques différents molécule miroir , Identiques structure tridimensionnelle, mais de faire la distinction entre l'utilisation des structures de diffraction d'électrons, est très difficile. La différence entre la structure de miroir exige en outre le développement de logiciels d'analyse.
À l'heure actuelle, les chercheurs doivent compter sur un microscope électronique pour générer un faisceau d'électrons, mais cela est très coûteux, et le microscope électronique comprend une partie d'une lentille, etc., pour lesquels il est nécessaire de diffraction d'électrons. En outre, la microscopie électronique n'a pas été optimisé pour utiliser d'autres dispositifs pour coordonner le travail et l'analyse.
Gonen optimiste que son travail encouragera les fabricants de matériel pour développer de nouveaux équipements spécifiquement pour la cristallographie électronique. Avec un équipement spécial, « pression d'un bouton, vous pouvez résoudre les problèmes structurels. »
Les liens de référence:
https://www.nature.com/articles/d41586-018-07213-3
https://www.sciencenews.org/article/zapping-substances-electrons-can-quickly-map-chemical-structures
. T. Gruene et al rapide détermination de la structure des composés moléculaires microcristallines par diffraction électronique Angewandte Chemie Publié en ligne Octobre 16, 2018. doi: 10.1002 .. / anie.201811318.
. Jones et al C.G. La méthode CryoEM MicroED comme un outil puissant pour petite structure de molécule détermination ChemRxiv :. 7215332.v1 Envoyé le 17 Octobre, 2018 ..
