Forskningsprojekt inom Majs grupp
Ultrasnabb laserspektroskopi
Interaktionen mellan ljus och materia öppnar ett stort fönster för att få kritisk information om olika system, vilket gör spektroskopi till ett ovärderligt verktyg i undersökningen av kemiska och biologiska prover.
I vår grupp är vi intresserade av att svara på grundläggande frågor inom fysikalisk kemi och biofysik, med fokus både på små molekyler och proteiner. För detta ändamål använder vi tidsupplöst infraröd spektroskopi över tidsskalor som sträcker sig från femtosekunder till millisekunder. Våra huvudsakliga metoder inkluderar infraröd transient absorptionsspektroskopi, tvådimensionell infraröd spektroskopi och transient tvådimensionell infraröd spektroskopi. Utöver det är vi också intresserade av teknikutveckling, med särskilt fokus på att utveckla ytförstärkt tvådimensionell spektroskopi och nya metoder som integrerar elektrokemi med spektroskopi.
Protein-felveckning i mänskliga sjukdomar
Många mänskliga sjukdomar orsakas av aggregering av felveckade proteiner till amyloidfibriller. Proteinerna är ofta essentiella hormoner, som spelar en avgörande roll för att reglera olika metaboliska processer i kroppen. Det är inte helt förstått vad som orsakar deras spontana självmontering och hur aggregeringen bidrar till utvecklingen av sjukdomen. I många sjukdomar sker aggregationsprocessen genom bildning av små, giftiga mellanprodukter.
I vår grupp drar vi fördel av det snabba förvärvet av femtosekund tvådimensionell infraröd (2D IR) spektroskopi för att studera strukturen och aggregeringskinetiken för den toxiska mellanprodukten som bildas av den mänskliga ö-amyloidpolypeptiden (hIAPP) - bukspottkörtelhormonet kopplat till förlust av betaceller vid typ II-diabetes. Dessutom använder vi kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) för att lösa strukturen hos amyloidfibrillpolymorfer. Strukturella modeller av både fibrillerna och de mellanliggande arterna kommer att främja vår förståelse av amyloidsjukdomar och öppna upp för utveckling av nya sätt att förebygga och behandla typ 2-diabetes såväl som andra sjukdomar som uppstår på grund av felveckning, aggregering och ackumulering av proteiner .
Signaleringsmekanismer i växtfotoreceptorer
Förmågan att känna av och reagera på de omgivande miljöförändringarna är avgörande för hållbarheten hos levande organismer. Både växter och djur använder en mängd olika ljuskänsliga proteiner för att känna av ljus, en av de viktigaste miljöstimulierna på jorden. Dessa proteiner är allmänt kända som fotoreceptorer. Känslighet för ljus orsakas av en kovalent fäst kromofor som ändrar sin form som svar på ljus och därefter inducerar en förändring i proteinkonformationen. Några av de mest omfattande växtfotoreceptorerna är fytokromer, men de konformationsförändringar som sker under fotosensingsprocessen i fytokromer är inte helt klarlagda.
Som en del av ett samarbetsprojekt med prof. Sebastian Westenhoff undersöker vi strukturen och fotokemin hos fytokromer genom att använda ultrasnabb tidsupplöst infraröd absorptionsspektroskopi och femtosekund seriell röntgenkristallografi.
Utveckling av vibrationssensorer för proteinstruktur
Infraröd (IR) spektroskopi kan ge en stor detaljnivå om proteinstruktur och dynamik. Det beror på det faktum att proteinets ryggrads vibrationsrörelser är mycket känsliga för naturen och styrkan hos vätebindningsinteraktioner. Det är inte svårt att bestämma den sekundära struktursammansättningen av ett protein från dess IR-spektra, men avsaknaden av upplösning på restnivå hindrar tekniken från att nå sin fulla potential.
Vår grupp syftar till att övervinna dessa begränsningar genom att utveckla nya molekylära prober som kan introduceras platsspecifikt i en proteinsidokedja. De molekylära sonderna som designats i vår grupp fungerar som mycket känsliga sensorer för den lokala miljön och kan hjälpa oss att förstå det strukturella ursprunget till enzymaktivitet och reda ut hur solvatiseringsstrukturen och ultrasnabba konformationsfluktuationer på en lokal plats påverkar proteinfunktionen.
Fotofysik och fotokemi av den prebiotiska jorden
Hur nukleotiderna som består av DNA kan ha bildats på den prebiotiska jorden är en central fråga i samtida kemi. DNA är byggstenen för alla levande varelser på vår planet, men de kemiska och fysiska processerna som ledde till uppkomsten av liv är en fråga om långvarig tvist. Beståndsdelarna i DNA och RNA är fotostabila under UV-bestrålning, vilket indikerar att de kan vara slutprodukter av fotokemiska reaktioner som hade utlösts av en kontinuerlig exponering för UV-ljus på tidig jord.
I samarbete med Dr Rafal Szabla från Univ. i Edinburgh använder vi femtosekunds transient IR-spektroskopi och QM-beräkningar på hög nivå för att klargöra det strukturella ursprunget till sådan exceptionell fotostabilitet hos nukleotider och för att upptäcka möjliga vägar som leder till deras prebiotiska syntes.
Kontakt
- Om du har några frågor om vår forskning är du välkommen att kontakta Michal Maj.
- Michal Maj