Ett team av forskare har använt DESYs röntgenkälla PETRA III för att analysera de strukturella förändringar som äger rum i ett ägg när du tillagar det. Arbetet avslöjar hur proteinerna i det vita i ett kycklingägg utvecklas och tvärbinder sig med varandra för att bilda en fast struktur vid uppvärmning. Deras innovativa metod kan vara av intresse för livsmedelsindustrin och för det breda forskningsområdet kring proteinanalys. Samarbetet mellan två grupper, ledd av professor Frank Schreiber från universitetet i Tübingen och professor Christian Gutt från universitetet i Siegen, med forskare vid DESY och European XFEL rapporterar forskningen i två artiklar i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Ägg är bland de mest mångsidiga livsmedelsingredienserna. De kan ha formen av en gel eller ett skum, de kan vara relativt fasta och även tjäna som grund för emulsioner. Vid cirka 80 grader Celsius, äggvita blir fast och ogenomskinlig. Detta beror på att proteinerna i äggviten bildar en nätverksstruktur. Att studera den exakta molekylstrukturen hos äggvita kräver energisk strålning, som röntgen, som kan tränga igenom den ogenomskinliga äggviten och har en våglängd som inte är längre än de strukturer som undersöks.

Kontrollerad uppvärmning

"För att förstå den strukturella utvecklingen i detalj, du måste studera fenomenet på mikrometerskalan, "förklarar Dr Nafisa Begam, huvudförfattare till den första studien, som är Alexander von Humboldt -stipendiat i Schreibers grupp. Forskarna använde så kallad röntgenfotonkorrelationsspektroskopi (XPCS) med en specifik geometri som tillät dem att bestämma strukturen och dynamiken hos proteinerna i äggviten.

För sina experiment med P10 -strålen vid PETRA III använde forskarna ett kycklingägg från en stormarknad och fyllde äggviten i ett kvartsrör med en diameter på 1,5 millimeter. "Inuti, äggviten upphettades kontrollerat medan vi analyserade det med hjälp av röntgenstrålar, "förklarar DESY-medförfattaren Fabian Westermeier." Röntgenstrålen expanderades till 0,1 med 0,1 millimeter, för att hålla strålningsdosen under skadeströskeln för proteinstrukturerna. "

Exponentiell nätverksbildning i det tre minuter långa ägget

Mätningarna avslöjar proteindynamiken i äggviten under en period av cirka en kvart. Under de tre första minuterna proteinnätverket växte exponentiellt, når en platå efter cirka fem minuter, vid vilka praktiskt taget inga fler proteinlänkar bildades. Just nu, den genomsnittliga maskstorleken för proteinnätverket var cirka 0,4 mikrometer (tusendels millimeter).

I den andra studien, teamet använde XPCS-tekniken för att undersöka självorganisationen av proteinlösningar i domäner med, respektive, hög och låg proteinkoncentration, som ett exempel på strukturbildning i cellbiologi. I processen, de kunde följa den temperaturberoende dynamiken över tiden. "Vid höga proteintätheter, rörligheten minskar, vilket bromsar fasseparationen. Detta är viktigt för systemets speciella dynamik, "rapporterar huvudförfattaren Anita Girelli från Schreibers grupp.

Studierna, som finansierades av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning (BMBF), inte bara avslöja nya detaljer om de strukturella förändringar som äger rum i äggvitor, men också bevisa det experimentella konceptet, som också kan användas för andra prover, som framgår av den andra studien. "Genom framgångsrik tillämpning av röntgenfotonkorrelationsspektroskopi öppnas ett nytt sätt att studera dynamiken i biomolekyler, vilket är viktigt för att vi ska förstå dem ordentligt, "Schreiber kommenterar.