W artykule przedstawiono nowe podejście do unieruchamiania czwartorzędowej cząsteczki amoniowej na keratynowym podłożu do ulepszonych zastosowań medycznych. Metoda polega na generowaniu tioli poprzez kontrolowaną redukcję wiązań disiarczkowych cystyny wiązań disiarczkowych cystyny w keratynie, a następnie reakcję z [2-(akryloiloksy)etylo]trimetyloamoniowym chlorkiem poprzez tiol-ene click chemii. Zmodyfikowany substrat scharakteryzowano za pomocą spektroskopii Ramana i podczerwieni spektroskopii i oceniono pod kątem jego skuteczności przeciwbakteryjnej i innych zmiany. Wyniki wykazały, że czwartorzędowa grupa amoniowa została została skutecznie przyłączona do struktury keratyny, a uzyskane podłoże keratynowe wykazuje wielofunkcyjne działanie, w tym właściwości antybakteryjne i właściwości antystatyczne, ulepszone właściwości zarządzania wilgocią w płynie, ulepszoną podatność na farbowanie i nie wypłukiwanie właściwości poddanego obróbce podłoża. --- Włosy składają się z białek, lipidów, wody i niewielkich ilości pierwiastków śladowych. pierwiastków śladowych. Wszystkie białka w ciałach zwierząt i ludzi są zbudowane z permutacji cząsteczek aminokwasów w łańcuch polipeptydowy. cząsteczek aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Łańcuchy polipeptydowe białka keratyny są zorganizowane w filamenty w komórkach włosów. Włosy są jednym z najtrudniejszych trudnych do strawienia lub rozpuszczenia białek. Wśród najczęstszych procedur rozpuszczania rozpuszczania włosów są hydroliza kwasowa, zasadowa i enzymatyczna. W przypadku analizy włosów, próbki stałe są przenoszone przez solubilizację poprzez trawienie do fazy ciekłej. Rozpuszczalniki małocząsteczkowe i cząsteczki z grupami grupy hydrofobowe wydają się mieć większe powinowactwo do włosów. Dobry rozpuszczalnik atakuje wiązania dwusiarczkowe między cząsteczkami cystyny i nawilża trzon włosa. trzon włosa. W rezultacie włosy stają się galaretowatą masą. --- Promieniowanie rentgenowskie silnie oddziałuje z organizmami biologicznymi. Źródła promieniowania synchrotronowego dostarczają bardzo intensywne strumienie fotonów rentgenowskich w wiązkach o mikro- lub submikro przekroju, co skutkuje dawkami większymi niż MGy. Znaczenie analiz promieniowania synchrotronowego materiałów biologicznych jest zatem wątpliwa. ponieważ takie dawki, miliony razy wyższe niż te stosowane w radioterapii, mogą powodować ogromne uszkodzenia w tkankach, nie tylko w odniesieniu do DNA, ale także organizacji białek i lipidów. białkowych i lipidowych. Bardzo niewiele danych dotyczących wpływu bardzo wysokich dawek promieniowania rentgenowskiego w tkankach jest dostępnych w literaturze. Przedstawiamy tutaj analizę zjawisk strukturalnych, które występują, gdy modelowa tkanka ludzkich włosów jest napromieniowana mikrowiązką synchrotronowego promieniowania rentgenowskiego. Wybór włosów jest wspierany przez jego hierarchiczna i częściowo uporządkowana struktura keratynowa, którą można analizować wewnątrz tkanki za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej. Aby ocenić uszkodzenia spowodowane przez twarde mikrowiązki promieniowania rentgenowskiego (przekrój 1 mikrometra(2)), rozpraszanie w krótkim czasie ekspozycji SAXS/WAXS zostały zarejestrowane na linii ID13 (ESRF) po różnych czasach naświetlania. czasach naświetlania. Zaobserwowano różne modyfikacje wzorów rozpraszania zaobserwowano, zapewniają one dokładny wgląd w uszkodzenia radiacyjne na różnych poziomach hierarchicznych, a także nieoczekiwanie dostarczają informacji o stabilności różnych hierarchicznych poziomów strukturalnych. Okazuje się, że poziom molekularny, tj. helisy alfa, które są stabilizowane przez wiązania wodorowe i alfa-helikalne zwinięte cewki, które są stabilizowane przez oddziaływania hydrofobowe interakcje, jest bardziej wrażliwy na promieniowanie niż supramolekularna supramolekularna architektura filamentu keratynowego i upakowanie filamentu w keratynie związanych z keratyną białek, które są stabilizowane przez wiązania dwusiarczkowe. --- Zróżnicowanie warstw rogowych naskórka jaszczurki zostało przeanalizowane przez ultrastrukturalną immunocytochemię z użyciem specyficznych przeciwciał przeciwko alfa-keratynom i związanym z keratyną beta-białkom (KAbetaPs, wcześniej oznaczone jako beta-keratyny). Zarówno komórki beta, jak i alfa warstwy rogowej pochodzą z tej samej warstwy zarodkowej. Kwaśna alfa-keratyna typu I jest obecna w warstwach podstawnej i nadpodstawnej, wcześnie różnicujących się przezroczystych, oberhautchen i komórkach beta. Keratyna typu I najwyraźniej zanika w zróżnicowanych warstwach beta i alfa dojrzałych warstw rogowych. I odwrotnie, podstawowa alfa-keratyna typu II bogata w glicynę jest nieobecna lub bardzo rzadka w warstwach podstawnych i ponadpodstawnych. i nadpodstawnych, a keratyna ta prawdopodobnie nie łączy się w pary z keratyną typu I tworząc włókna pośrednie, ale jest słabo wykrywana w warstwie alfa przedrogówkowej i rogówkowej warstwie alfa. Eksperymenty z pojedynczym i podwójnym znakowaniem pokazują, że w różnicujących się komórkach beta, podstawowe KAbetaP są dodawane i zastępują keratynę typu I tworząc twardą warstwę beta. Naskórkowe alfa-keratyny zawierają niewiele cysteiny (0,2-1,4%), która zamiast tego stanowi 4-19% aminokwasów obecnych w KAbetaPs. Możliwe wiązania chemiczne utworzone między alfa-keratynami i KAbetaP mogą pochodzić z oddziaływań elektrostatycznych oprócz sieciowania przez wiązania disiarczkowe wiązania dwusiarczkowe. Zarówno wysoka zawartość glicyny w keratynach, jak i KAbetaPs może również przyczyniać się do zwiększenia hydrofobowości warstw beta i alfa oraz oporności warstwy rogowej. odporności warstwy rogowej. Zwiększenie ilości KAbetaP bogatych w glicynę i wiązania do szkieletu alfa-keratyn powodują powstanie nieelastycznej warstwy beta, podczas gdy bogate w cys KAbetaP wytwarzają elastyczną warstwę alfa. --- Keratyna włosa jest złożoną strukturą, w której włókna pośrednie (IF) są osadzone w matrycy białkowej. Podczas wczesnych etapów rozwoju w mieszku włosowym potencjał redoks jest taki, że reszty cysteinowe w IF są utrzymywane w zredukowanej formie. Jednak na późnym etapie rozwoju potencjał redoks aby wytworzyć środowisko utleniające, a IF przechodzą transformację strukturalną obejmującą zarówno poślizg molekularny strukturalną obejmującą zarówno poślizg molekularny, jak i zagęszczenie promieniowe. W naszym wcześniejszym badaniu zmiany parametrów molekularnych zostały oszacowane na podstawie znajomości miejsc sztucznie indukowanych wiązań krzyżowych i zauważono, że zmiany w tych parametrach spowodowały przesunięcie wielu reszt cysteinowych do pozycje bardziej sprzyjające tworzeniu wiązań dwusiarczkowych. Ponieważ energia zaangażowana w tworzenie wiązań disiarczkowych jest znacznie większa niż wiązań wodorowych lub interakcje van der Waalsa, przejście strukturalne prawdopodobnie będzie zdominowane przez wymóg, aby związane reszty cysteinowe występowały w ściśle równoważnych pozycjach osiowych. Kryterium to zostało wykorzystane w niniejszym badaniu w celu uzyskania bardziej dokładniejszych wartości parametrów molekularnych w utlenionym włóknie niż było to dotychczas możliwe. dotychczas możliwe. Porównanie sekwencji keratyn włosów i keratyn keratyn naskórka sugeruje, że poślizg obserwowany w trichocytach IF podczas keratynizacji nie występuje w IF naskórka. --- Jak dotąd nie ma danych o wysokiej rozdzielczości dotyczących struktury i organizacji włókien pośrednich keratyny. włókien pośrednich keratyny, które są obowiązkowymi heteropolimerami zapewniającymi niezbędne wsparcie mechaniczne w nabłonkach. Przedstawiamy strukturę krystaliczną oddziałujących regionów 2B z centralnych domen zwiniętych cewek keratyn 5 i 14 (K5 i K14), ulegających ekspresji w keratynocytach progenitorowych naskórka. Interfejs K5-K14 ma asymetryczne mostki solne, wiązania wodorowe i kontakty hydrofobowe. i kontakty hydrofobowe, a jego powierzchnia wykazuje znaczną polaryzację ładunku. polaryzację. Trans-dimerowe homotypowe wiązanie disiarczkowe obejmujące Cys367 w regionie K14 występuje w krysztale i keratynocytach skóry, gdzie jest skoncentrowane w klatce włókien keratynowych otaczającej jądro. Pokazujemy, że K14-Cys367 wpływa na kształt jądra w hodowanych keratynocytach i że mysie keratynocyty naskórka keratynocyty naskórka myszy pozbawione K14 wykazują aberracje w strukturze jądrowej, podkreślając nową funkcję włókien keratynowych. --- Maty z nanowłókien keratynowych pochodzących z wełny zostały przygotowane przez elektroprzędzenie roztworów keratyny w kwasie mrówkowym o stężeniu 20 i 15% mas. i otrzymując nanowłókna o średniej średnicy odpowiednio około 400 i 250 nm. Maty te mogą znaleźć zastosowania w inżynierii tkankowej (mogą naśladować natywną macierz pozakomórkową) oraz w oczyszczaniu ścieków (mogą naśladować natywną macierz pozakomórkową). macierz zewnątrzkomórkową) oraz w oczyszczaniu ścieków (mogą zatrzymywać małe cząsteczki i adsorbować metale ciężkie). metali ciężkich). Wadą, którą należy przezwyciężyć, jest ich rozpuszczalność w wodzie. A metoda stabilizacji, oparta na obróbce termicznej alternatywnej do stosowania formaldehydu. formaldehydu. Test rozpuszczalności w buforze ekstrakcyjnym ditiotreitol/mocznik buforze ekstrakcyjnym ditiotreitolu/mocznika, analiza składu aminokwasowego i badania struktur wtórnych keratyny sugerują, że lepszą stabilność w wodzie mat poddanych obróbce termicznej można przypisać maty można przypisać tworzeniu wiązań amidowych między grupami kwasowymi i zasadowymi grupami zasadowymi niektórych łańcuchów bocznych aminokwasów.
Jakie wiązania łączą cząsteczki keratyny?
wiązania disiarczkowe cystyny
wiązania amidowe
wiązania wodorowe