Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai"

Dávid Soós
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Fogorvosi Anyagtan Fizikai Alapjai Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai Mártonfalvi Zsolt Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Semmelweis Egyetem Budapest

2 Biomolekulák mint polimerek A biomolekulák polimerek. Közös bennük: Lineáris elsődleges szerkezet (fehérje, DNS) Monomerek között erős kötések (kovalens) A lánc távoli részei között gyengébb másodlagos kötések 1. Lineáris DNS, fehérje, cellulóz 2. Elágazó glikogén 3. Cirkuláris mt DNS

(L): A lánc teljes hossza Kettős szálú DNS Ds j Vég-vég hossz (R): A lánc két végpontja között

3 Milyen alakúak a biopolimerek? Biopolimerek alakját leíró paraméterek Perzisztencia hossz Kontúrhossz Vég-vég hossz Kontúrhossz (L): A lánc teljes hossza Kettős szálú DNS Ds j Vég-vég hossz (R): A lánc két végpontja között mért távolság. e -1 cosj e Ds l Perzisztenciahossz (l) : jellemzi a láncirányultság állandóságát. l A rövidebb perzisztenciahosszal rendelkező polimerek rugalmasabbak.

4 Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk l = perzisztenciahossz L = kontúrhossz Merev l >> L alapján Mikrotubulus Sejtosztódás Szemiflexibilis l L Mikrofilamentum aktin tubulin Hajlékony l << L DNS

A biopolimerek alakja a bolyongó mozgás segítségével leírható Random -bolyongó- mozgás

elemi vektorok száma l = átlagos elemi vektor hossza (perzisztenciahossz) Nl = L = kontúrhossz

lánc átlagos vég-vég távolsága csak kétszer hosszabb.

5 A biopolimerek alakja a bolyongó mozgás segítségével leírható Random -bolyongó- mozgás Négyzetgyök összefüggés : rn R 2 Nl 2 Ll r1 R R 2 = átlagos négyzetes vég-vég távolság N = elemi vektorok száma l = átlagos elemi vektor hossza (perzisztenciahossz) Nl = L = kontúrhossz R = vég-vég távolság r i = elemi vektor R = ll Entrópikus polimer esetén a négyszer hosszabb lánc átlagos vég-vég távolsága csak kétszer hosszabb. Rövidebb perzisztenciahossz (l) esetén a lánc hajlékonyabb ezért jobban feltekeredik, vég-vég hossza rövidebb. Biofizika 2. félév: Diffúzió x = 2Dt

6 Rugalmasak-e a biopolimerek? Igen, de nem érvényes Hooke törvénye. Rugalmasságuk nem lineáris. Entrópikus rugalmasság A megrövidült lánc erővel kinyújtható Hőmérsékleti energia (k B T) a láncban hajlítómozgásokat gerjeszt A lánc rendezetlensége (entrópiája) növekszik. F~ k BT l R L + R L a F = erő l = perzisztenciahossz k B = Boltzmann állandó T = abszolút hőmérséklet L = kontúrhossz R = vég-vég hossz R/L = relatív megynúlás Nemlineáris erőválasz A lánc rövidül Növekvő perzisztenciahossz perzisztenciahossz erő (F) vég-vég hossz(r)

7 Lehet egyedi molekulákat nyújtani? a lézercsipesz lézer nyaláb Mikroszkóp objektívek mikrogyöngy lézer nyaláb Mozgatható mikropipetta Vizsgált molekula (DNS, fehérje )

8 Erő (pn) Kettős szálú DNS nyújtása lézercsipesszel Bakteriofág DNS pakoló motorja 65 pn túlnyúlás nemlineáris rugalmasság Megnyúlás (mm) F = 55 pn

9 Globuláris fehérje kitekerése erővel A mechanikai stabilitás alapja: H-hidak a domén első és utolsó ß-láncai között

nagyobb mint 200 pn Carrion-Vazquez et al.

10 A harmadlagos szerkezet megszabja egy fehérje mechanikai stabilitását H-hiadak merőlegesek az erőhatás irányára : Nagyfokú stabilitás A kitekeredéshez szükséges erő nagyobb mint 200 pn Carrion-Vazquez et al H-hiadak párhuzamosak az erőhatás irányával: Kevésbé stabil A kitekeredés már 100 pn alatti erőknél végbemegy Carrion-Vazquez et al. 2000

A-szakasz I-szakasz sejtmag szarkome r Z Vékony filamentum M

11 Titin: a szarkomer rugalmas filamentuma izomrost szarkolemma miofibrillum Z-lemez H-csík Z-lemez vastag f. vékony f. A-szakasz I-szakasz sejtmag szarkome r Z Vékony filamentum M Vastag filamentum Z I-szakasz titin globuláris domének random (rugalmas) domén

12 feszítés (kpa) Erő (pn) Erő (pn) A titinmolekula az izom passzív rugalmasságának fő meghatározója Egyedi titin molekula ~28-30 nm Molekuláktól a szövetig Az izom rugalmassága a titin molekuláris rugalmasságával magyarázható Megnyúlás (mm) 2.40 Izomrost nyújtás Megnyúlás (mm) vissza megnyúlás (%)

13 Erő (pn) Erő hatására hogyan változik a titin szerkezete? 200 nm Molekula nyújtás visszahúzódó folyadék meniszkusszal Egyedi domének kitekeredése Erő Megnyúlás (mm) Nyújtási erő kitekert domén

14 Lehet-e csomót köti egy DNS molekulára? Igen! A DNS rugalmas Kinosita Group

Hasonló dokumentumok

Biomolekulák mint polimerek. Milyen alakúak a biopolimerek? 4/22/2015. Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk alapján

Biomolekulák mint polimerek. Milyen alakúak a biopolimerek? 4/22/2015. Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk alapján 4/22/2015 Orvosi Biofizika II. Biomechanika Biomolekuláris és szöveti rugalmasság Mártonfalvi Zsolt Biomolekulák mint polimerek A biomolekulák polimerek. Közös bennük: Lineáris elsődleges szerkezet (fehérje,