Molekuláris motorok működése

Hasonló dokumentumok
Molekuláris motorok működése

Evans-Searles fluktuációs tétel Crooks fluktuációs tétel Jarzynski egyenlőség

összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

Evans-Searles fluktuációs tétel

VITAFORT ZRT SZAKMAI NAP

Fa- és Acélszerkezetek I. 5. Előadás Stabilitás I. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

Forgómozgás alapjai. Forgómozgás alapjai

Reológia 2. Bányai István DE Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

Digitális technika (VIMIAA01) Laboratórium 1

Tökéletes gázok adiabatikus rev. változásának állapotegyenlete. A standard entalpia hőmérsékletfüggése

Anyagszerkezet és vizsgálat. 3. Előadás

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

MAGISTER GIMNÁZIUM TANMENET OSZTÁLY

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hybrid

Kombinatorika. 9. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Kombinatorika p. 1/

Egyszerű áramkörök vizsgálata

A mérés célkitűzései: Kaloriméter segítségével az étolaj fajhőjének kísérleti meghatározása a Joule-féle hő segítségével.

Megnevezés FIORE kültéri használatra is alkalmas infra hsugárzó Feszültség: 230 V / 50 Hz Védettség: IP65

Elektrokémiai fémleválasztás. Az elektrokémiai fémleválasztás speciális fogalmai és laboratóriumi kísérleti módszerei Galvántechnikai alapok

Osztályozó és Javító vizsga témakörei matematikából 9. osztály 2. félév

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Autóipari beágyazott rendszerek. Fedélzeti elektromos rendszer

Jelölje meg (aláhúzással vagy keretezéssel) Gyakorlatvezetőjét! Györke Gábor Kovács Viktória Barbara Könczöl Sándor. Hőközlés.

A robbanékony és a gyorserő fejlesztésének elmélete és módszerei

Hőszivattyúk Makk Árpád Viessmann Akadémia. Viessmann Werke Hőszivattyúk. Chart 1

Homlokzati tűzterjedés vizsgálati módszere

Növelhető-e a hazai szélerőmű kapacitás energiatárolás alkalmazása esetén?

GÉP, SZERSZÁM, TERVEZÉS A MŰANYAG FELDOLGOZÁSBAN

HITELESÍTÉSI ELŐÍRÁS ADATTÁROLÓS VITELDÍJJELZŐK ELLENÖRZŐ KÉSZÜLÉKEI HE

Sz ekelyhidi L aszl o Val osz ın us egsz am ıt as es matematikai statisztika *************** Budapest, 1998

CAD-CAM

1. Mintapélda, amikor a fenék lekerekítési sugár (Rb) kicsi

HIEDELMEK A MOTIVÁCIÓRÓL

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

GE4 4 és 6 digites Digitális számláló/idõzítõ

Hegységképződési folyamat: A hegységek keletkezése két lépcsőben zajlik, egyik lépcső a tektogenezis, másik az orogenezis.

A nyugalomban levő levegő fizikai jellemzői. Dr. Lakotár Katalin

Padlótisztítók SCRUBTEC 553. Termelékeny, közepes méretű, gyalogkíséretű padlótisztító - gyors és hatékony

DU.IT14N Földbe rejtett motor

Kötvények és részvények értékelése

VASÚTI PÁLYA DINAMIKÁJA

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

A LÉGKÖR SZERKEZETE. A légkör fizikai tulajdonságai alapján rétegekre osztható

MIT VÁR EL A PSZICHOLÓGUS A JÓ KRESZTŐL? ARANYOS JUDIT közlekedés szakpszichológus

2014. évi kukoricakísérlet

Robottechnika. Differenciális kinematika és dinamika. Magyar Attila

Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar

Fábián Zoltán Hálózatok elmélet

Kockázatkezelés és biztosítás

SJ5000+ MENÜBEÁLLÍTÁSOK. E l e c t r o p o i n t K f t., B u d a p e s t, M e g y e r i ú t F s z. 1. Oldal 1

Péliné Németh Csilla 1 Bartholy Judit 2 Pongrácz Rita 2 Radics Kornélia 3

paradoxonok a modern fizikában Dr. Héjjas István

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

Rajczy Mátyás. A gazdasági növekedés fizikai korlátai

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Conjoint-analízis példa (egyszerűsített)

Folyadék-gáz, szilárd-gáz folyadék-folyadék és folyadék-szilárd határfelületek. Adszorpció és orientáció a határfelületen. Adszorpció oldatból és

xdsl Optika Kábelnet Mért érték (2012. II. félév): SL24: 79,12% SL72: 98,78%

A hőterjedés dinamikája vékony szilikon rétegekben. Gambár Katalin, Márkus Ferenc. Tudomány Napja 2012 Gábor Dénes Főiskola

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+ Rövidlátás myopia, Asztigmatizmus cilinderes lencse

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Természettudomány témakör: Atomok, atommodellek Anyagok, gázok

Q (m3/h)

Beszámoló: a kompetenciamérés eredményének javítását célzó intézkedési tervben foglaltak megvalósításáról. Őcsény, november 20.

Oldal. ACO Liputherm Szabadon álló Tartozékok. Hőcserélő. scdcdcdc

HEGESZTÉSI SZAKISMERET

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Játékok (domináns stratégia, alkalmazása

Rádiós diszpécser rendszerek rövid ismertetője

GENERÁTOR FORGÓRÉSZ ELLENŐRZÉS A FLUXUS SZONDA FELÉPÍTÉSE, MŰKÖDÉSE

Mehet!...És működik! Non-szpot televíziós hirdetési megjelenések hatékonysági vizsgálata. Az r-time és a TNS Hoffmann által végzett kutatás

Közvetett szervo működtetésű 2/2-utú mágnesszelepek Típus: EV220W 10 - EV220W 50

B1: a tej pufferkapacitását B2: a tej fehérjéinek enzimatikus lebontását B3: a tej kalciumtartalmának meghatározását. B.Q1.A a víz ph-ja = [0,25 pont]

BETONACÉLOK HAJLÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES l\4"yomaték MEGHATÁROZÁSÁNAK EGYSZERŰ MÓDSZERE

Q (m3/h)

Analízis elo adások. Vajda István szeptember 24. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Javítóvizsga témakörei matematika tantárgyból

A hasznos élettartamot befolyásoló egyes tényezők elemzése a Tedej Zrt. holstein-fríz állományánál

ORSZÁGOS KÖRNYEZETEGÉSZSÉGÜGYI INTÉZET

Active watch MT849. Használati útmutató

DGP. Hátrahúzott vortex járókerék. Általános jellemzők

Termékkatalógus 2016.

Üzembehelyezıi leírás

SL60. Csavarorsós Lineáris ablakmozgató motor

Gyakorlatok. VITMMA09 Okos város MSc mellékspecializáció

HÁLÓZATSEMLEGESSÉG - EGYSÉGES INTERNET SZOLGÁLTATÁS-LEÍRÓ TÁBLÁZAT

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum (DE OEC) Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet, igazgató: Szöllősi János, egyetemi tanár

Egy idegsejt működése

5. sz. melléklet: Nyereség- és költségelszámolásra vonatkozó eljárásrend

ALES60. Infrasorompó DUPLASUGARAS. Telepítési kézikönyv. ISTRUZIONI ALES60 HUN POLITEC s r.l. 1 of 8

Irányítástechnika Elıadás. Félvezetıs logikai áramkörök. Irodalom

- mit, hogyan, miért?

Az adó- és transzferrendszer változásainak elemzése viselkedési mikroszimulációs modell segítségével

Vállalkozásfinanszírozás

Reform és Fordulat. 51. Közgazdász vándorgyűlés Gyula. A nem-hagyományos magyar válságkezelés sikere 2010 és 2014 között Matolcsy György

AUTOMATIKUS TŰZ ÁTJELZÉSEK BONTÁSÁNAK SZEMPONTJAI. Budapest október 27.

Telepítési leírás AM kitakarásvédett PIR mozgásérzékelő

Osztályozó vizsga kérdések. Mechanika. I.félév. 2. Az erőhatás jellege, jelölések, mértékegységek

Átírás:

Biológiai molekuláris motorok és kapcsolók Molekuláris motorok működése Osváth Szabolcs Semmelweis Egyetem kapcsoló: A hatása a biológiai rendszerre az állapotától függ. Ha visszabillentik az eredeti állapotába, a hatása megszűnik. motor: A hatása a biológiai rendszerre a motor komponensei és szubsztrátja által befutott trajektóriától függ. Nanorendszerek tulajdonságai - bizonyos tulajdonságok csak kvantáltan változhatnak - gravitáció a többi erőhöz képest elhanyagolható - felület/tömeg arány nagyon nagy - hő disszipációja gyakorlatilag azonnali - különböző kötőerők szerepe nagy - molekuláris szintű felismerés - önszerveződés - tehetetlenség szerepe elhanyagolható - viszkozitás és hőmozgás szerepe meghatározó Biológiai molekuláris motorok tulajdonságai - anyaguk lágy (biopolimerek) - nem kovalens kölcsönhatások vezérlik a működést - nincsenek sima súrlódásmentes felszínek - üzemanyag: ATP (NADH), transzmembrán gradiens - oldatban dolgoznak nagy viszkozitás - teljesítményük: max 100-1000 ATP/s, azaz 10-16 10-17 W - Brown mozgásból adódó lökdösés teljesítménye: 10-8 W - a működési mechanizmus kihasználja a Brown mozgást

Kikapcsolható a hőmozgás szerepe? Maxwell démon A Brown mozgás fontossága a méret következménye, nem a körülményeké! Brown mozgás hatása nem iktatható ki. Nem segít a: nyomás csökkentése (ritkább ütközések, de kisebb viszkozitás) hőmérséklet csökkentése (a fluktuációk nagysága a hőmérséklet gyökével arányos) James Clerk Maxwell (1871) Szilárd Leó Maxwell démonja Smoluchowski csapóajtó Maxwell démonja Szilárd Leó: a Maxwell démonnak információt kell tárolnia és törölnie (ha vissza akar térni az eredeti állapotába). Rolf Landauer (1960): az információtörlés entrópia növekedéssel jár: bitenként ΔS = k B ln 2

Browni (Smoluchowski, Feynman) kilincsmű Brownian ratchet Browni kilincsmű működése - véletlen keverés - energiaforrás - aszimmetrikus energiafelszín a reakciókoordináta mentén Pulsating ratchet Flashing ratchet A potenciál kikapcsolása csak rövid időre történhet, ellenkező esetben, egyenlő valószínűséggel transzportál jobbra és balra. Kay és mtsi (2007) Angev. Chem. 46: 72

Temperature ratchet Tilting ratchet Information ratchet Information ratchet kísérleti megvalósítása

Biológiai motorok működésének alapelvei - a fluktuációból adódó transzport izotrópiájának megtörése - a szubsztrát és a motor között kinetikus csatolás - a szubsztrát mozgása mindig lokalizált - a lokalizáció manipulálása fontos eleme a transzportnak - a lokalizáció nem kovalens kölcsönhatások eredménye Az élő rendszerek szükségszerűen az egyensúlytól távol dolgoznak. Nemegyensúlyi termodinamika néhány biológiai alkalmazása Evans-Searles fluktuációs tétel (ismétlés) Crooks fluktuációs tétel (ismétlés) Evans-Searles fluktuációs tétel (FT) az entrópiatermelésre P( Ω = A) P( Ω = -A) = e A Termosztáttal kapcsolatban lévő kis vezetett rendszer (driven system) esetén: W Δ G P F ( A B ) P R ( A B ) = e k B T ahol Ω az entrópiatermelés W az a munka amit akkor végzünk, amikor a rendszert az A kontroll paraméterrel meghatározott állapotból a B-be visszük G az A és B kontroll paraméterrel meghatározott állapotok szabadentalpia különbsége Evans és Searles (2002) Advances in Physics, 51: 1529 G. E. Crooks, J. Stat. Phys. (1998) 90: 1481

Jarzynski egyenlőség (ismétlés) Génreguláció fluktuációk Nemegyensúlyi átalakulások során végzett munkát kapcsolja össze a kezdeti és végállapotok közötti szabadentalpia különbséggel. (Langevin egyenlet) W Δ G k e T B k = e B T W az a munka amit akkor végzünk, amikor a rendszert az A kontroll paraméterrel meghatározott egyensúlyi állapotból a B kontroll paraméterrel meghatározott egyensúlyi állapotba visszük. Az átalakulás nem szükséges, hogy egyensúlyi állapotokon keresztül történjen. C. Jarzynski, Phys. Rev. Lett. (1997) 78: 2690 Berg (2008) Phys. Rev. Lett. 100: 188101 Génreguláció fluktuációk eloszlása (Swi4) Génreguláció munka eloszlása Jarzynski egyenlőség Crooks fluktuációs tétel Berg (2008) Phys. Rev. Lett. 100: 188101 Berg (2008) Phys. Rev. Lett. 100: 188101

Az F 1 -ATP-áz motor szerkezete Az F 1 -ATP-áz motor forgása Hayashi és mtsi. (2010) Phys. Rev. Lett. 104: 218103 Az F 1 -ATP-áz motor forgása (kísérlet) Fluktuációs tétel az F 1 -ATP-áz motorra piros: 2.5 ms; sárga: 5.0 ms; zöld: 7.5 ms; kék: 10 ms Hayashi és mtsi. (2010) Phys. Rev. Lett. 104: 218103 Hayashi és mtsi. (2010) Phys. Rev. Lett. 104: 218103

F 1 -ATP-áz flashing ratchet mechanizmusa F 1 -ATP-áz teljesítménye A szabadon forgó és a teher ellenében munkát végző F 1 -ATP-áz motor működési mechanizmusa. relaxált állapot: folytonos vonal nukleotid kötő állapot: szaggatott vonal Sancho és Perez-Carrasco (2010) Fluct. Noise. Lett. 11: 1240003 Sancho és Perez-Carrasco (2010) Fluct. Noise. Lett. 11: 1240003 F 1 -ATP-áz hatásfoka Bakteriorodopszin szerkezete Sancho és Perez-Carrasco (2010) Fluct. Noise. Lett. 11: 1240003 Oesterhelt és mtsi. (2000) Science 288: 143

Bakteriorodopszin mechanikai kigombolyítása Bakteriorodopszin mechanikai kigombolyítása Oesterhelt és mtsi. (2000) Science 288: 143 Oesterhelt és mtsi. (2000) Science 288: 143 Bakteriorodopszin szabadentalpia felszíne Bakteriorodopszin szabadentalpia felszíne Preiner és mtsi. (2007) Biophys. J. 93: 930 Preiner és mtsi. (2007) Biophys. J. 93: 930