Exploring Enzymatic Conformational Dynamics at Surfaces through μ-FTIR Spectromicroscopy

Autor(es)

Mendes, Giovana Rossi ; Modenez, Iago de Assis ; Cagnani, Giovana Rosso ; Colombo, Rafael N. P. ; Crespilho, Frank Nelson

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Analytical Chemistry; v. 95, n. 30, p. 9-pg., 2023-07-17.

Resumo

Immobilization of proteins onto solidsupports has criticalindustrial,technological, and medical applications, and is a daily task in chemicalresearch. Significant conformational rearrangements often occur dueto enzyme-surface interactions, and it is of broad interestto develop methods to probe and better understand these molecular-levelchanges that contribute to the enzyme's catalytic activityand stability. While circular dichroism is a common method for solution-phaseconformational study, the application to surface-supported proteinsis not trivial and spatial mapping is not viable. On the other hand,a nonlinear laser spectroscopy technique used to analyze surfacesand interfaces is not often found in most laboratories, thereforerequiring an alternative and reliable method. Here, we employed high-dimensionaldata spectromicroscopy analysis in the infrared region (& mu;-FTIR)to investigate the enzyme's conformational change when adsorbedonto solid matrices, across a ca. 20 mm(2) area. Alcoholdehydrogenase (ADH) enzyme was adopted as a model enzyme to interactwith CaF2, Au, and Au-thiol model substrates, strategicallychosen for mapping the enzyme dynamics on solid surfaces with differentpolarity/hydrophobicity properties and extendable to other materials.Two-dimensional chemical maps indicate that the enzyme adsorbs withdifferent patterns in which secondary structures dynamically adjustto optimize interprotein and enzyme-surface interactions. Theresults suggest an experimental approach to identify and map enzymeconformational dynamics onto different solid surfaces across spaceand provide insights into immobilized protein structure investigationsfor areas such as biosensing and bioenergy. (AU)

• Processo FAPESP: 20/10724-0 - Dinâmica de biomoléculas em superfícies sólidas utilizando espectromicroscopia
• Beneficiário: Giovana Rossi Mendes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 21/05665-7 - Desenvolvimento de superfícies de Van der Waals para aplicação em biodispositivos
• Beneficiário: Rafael Neri Prystaj Colombo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/15333-1 - Células híbridas bio-foto-eletroquímicas para conversão de energia solar
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/12053-8 - Eletrodos de alto desempenho aplicados em baterias orgânicas e em biocélulas a combustível
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 22/09164-5 - Compreendendo os mecanismos de transferência de carga em sistemas biológicos e biomiméticos usando técnicas in-situ e operando: desde a ciência fundamental à aplicação na área energética
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular