Mätning av terahertz dynamik hos biologiska makromolekyler i lösning

Forskningsprojekt, 2025 – 2029

Syftet med detta projekt är att mäta dynamiken hos proteiner i en realistisk fysiologisk miljö och under en tidsskala av pikosekunder, vilket motsvarar svängningar inom det så kallade terahertzområdet. Proteiner är levande organismers molekylära maskiner och är ansvariga för nästan alla cellulära processer. De är stora tredimensionella molekyler och i konstant rörelse. Funktionen hos proteiner utlöses av konformationsförändringar, som är intimt kopplade till deras struktur och dynamik. Mätmetoder baserade på interaktion mellan strålning och proteiner används i stor utsträckning över hela det elektromagnetiska spektrumet för att studera molekyler avseende dynamik, struktur och funktion. Användningen av elektromagnetiska vågor i terahertzområdet för att mäta processer som sker på en tidsskala av pikosekunder har dock begränsats till proteiner i artificiella miljöer som pulver och kristaller för att övervinna utmaningarna i dess naturliga miljö. I detta projekt kommer vi att utveckla teknologi som möjliggör studier av proteindynamik i terahertzområdet under realistiska fysiologiska förhållanden, och följaktligen öppna upp möjligheten att studera tidigare okända processer. För detta ska vi kombinera den teknologi som nyligen utvecklats för rymdvetenskap och för monitorering av polariserade proteinmolekyler i lösning. Detta innebär att alla proteinmolekyler interagerar koherent med det elektromagnetiska fältet och skapar spektroskopiska signaturer av de undersökta molekylerna. Den del av det elektromagnetiska fältet som kan mätas med terahertzvågor är för närvarande helt outforskad inom biovetenskapen, och resultaten av denna forskning kommer att öppna upp ett nytt område för att studera och identifiera proteinstruktur och dynamik.