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DOI : 10.2240/azojono0118

Caratteristiche Correnti di Tensione delle Sequenze Ricche λ-DNA della Guanina Intrinseca

Ram Ajore, Inderpreet Kaur, R.C.Sobti e Lalit M. Bharadwaj

PTY Srl di Copyright AZoM.com.

Ciò è un articolo del Sistema delle Ricompense dell'Azo Access Aperto (Azo-REMI) distribuito ai sensi dei Azo-REMI http://www.azonano.com/oars.asp

Presentato: 17 agosto 2007th

Inviato: 7 novembre 2007th

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Estratto

Sfondo

Materiale e Metodi

Risultati

Accoppiamento Elettronico

Discussione

Conclusione

Riconoscimento

Riferimenti

Dettagli del Contatto

Nel manoscritto attuale, le misure di corrente-tensione (IV) delle sequenze ricche della guanina a doppia elica di λ-DNA sono state riferite. Queste sequenze mostrano la conducibilità del dipendente di lunghezza. Il DNA della Conducibilità (σ0) della lunghezza, L = 0,6494 x 10 (B.P. 1910), 1 x 10 (2947 B.P.) e 1,3498 x 10 il cm (3970 B.P.) è stato trovato per essere 2,4 x 10, 7,7 x 10cm2-1 e comportamento dell'isolante, rispettivamente. La caratterizzazione IV di DNA vincolato è stata fatta sui microelettrodi dell'oro da costruzione tramite ablazione del laser facendo uso della Pinzette Ottica di potenza 0,66 Mw. La valutazione di distanza del Trasferimento di carica delle sequenze ricche della guanina intrinseca mostra la frequenza aumentante delle basi d'intervento fra le unità di conduzione con aumento di lunghezza. I Risultati dello studio presente possono essere utili per l'accertamento del comportamento dei nanowires con la distanza variante del trasferimento di carica

Gli studi Biologici e fisici sulla struttura del DNA hanno rivelato il considerevole interesse nei beni elettronici di DNA (1). La Formazione di lesioni del DNA come conseguenza degli studi di effetto di radiazione e di potenziale di ionizzazione sulle basi azotate di DNA ha tenuto la carreggiata i ricercatori verso elettronica del DNA (2). Oltre a possedere le basi ricche dell'π-elettrone richiesto per la conducibilità, il DNA egualmente possiede le dimensioni del nano-disgaggio per nano-elettronica (3, i beni 4).These rendono a DNA un materiale di promessa per elettronica molecolare. I beni Elettrici di DNA stanno studiandi allo scopo di produrre le unità del nanoscale quale collegare molecolare (5, 6).

Più Presto la caratterizzazione IV è stata implicata da trasferimento di carica photoinduced studia (7), mentre gli studi recenti hanno concentrato sulle misure elettriche dirette. Le misure di conduttività elettrica hanno reso sia sperimentale ambiguo che i risultati teorici, pronuncianti il DNA possiede una vasta gamma di comportamenti. I Ricercatori hanno studiato i Caratteristica I-v del genoma completo del λ-batteriofago e chimicamente hanno sintetizzato i oligos fino ad un massimo di 30 B.P. (8, 9). La caratterizzazione IV di DNA naturale riunisce le regioni ricche della guanina bassa ed alta separate dalle sequenze di intervento. Le Sequenze con il contenuto ricco della guanina ha alto potenziale per nanowire futuro, poichè la guanina sta avendo potenziale dell'ossidazione più basso fra quattro basi che costituiscono la sequenza del DNA (10). Non più letteratura è stata riferita per i Caratteristica I-v delle sequenze intrinseche ricche della guanina del λ-batteriofago.

Questo rapporto di studio sulle misure dirette IV delle sequenze ricche λ-DNA della guanina intrinseca a doppia elica. Tre regioni ricche della guanina sono state selezionate per questo studio in moda da non dovere essere il comportamento elettrico del nanowire del DNA commovente come conseguenza del contenuto basso della guanina. Queste sequenze intrinseche della dimensione differente sono state sintetizzate da Reazione A Catena Della Polimerasi (PCR) facendo uso delle mani di fondo tiolate specifiche.

Materiale e Metodi

(5' estremità) le mani di fondo Tiolate Specifiche Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) e Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) sono state decise sul programma del guida 3,05 del Gene da GC% di tracciato contro λ-DNA la sequenza (48502 B.P.). Le Mani Di Fondo sono state sintetizzate ed ottenuto state da Bio Basics Inc.. La Normalizzazione dei termini di amplificazione per le mani di fondo specifiche (Pr1, Pr2 & Pr3) è fatto stata sul cycler di Gradiente della Ricerca di MJ (PTC-200). Gli insiemi delle circostanze Differenti sono usato stati, di modo che l'amplificazione massima può essere ottenuta. Gli stati Ottimali di amplificazione ottenuti erano 560C, 560C e 550C e 1,5 Mg cm-+ di millimetro), 2947 il B.P. (1 x 10-4 cm). La PCR ha sintetizzato le sequenze ricche della guanina (SQ1 = 1910bp; SQ2 = 2947 B.P.; SQ3 = 3970 B.P.) sono stati depurati facendo uso del kit di Depurazione di PCR di Nucleotrap. Una procedura per da costruzione l'elettrodo dell'oro con giochi 0,6, μm 1,0 e 1,3 era stata descritta altrove (11). In breve, i Microelettrodi da costruzione (30 nanometro) sul wafer di vetro ricoperto oro facendo uso della Pinzette Ottica Con il Sistema di Combi della Dissezione del Microlaser. L'Oro è stato rimosso applicando UV-laser (λ-337 nanometro) della durata di impulso di 4 NS con un'energia di µJ 20 e una potenza media di 0,66 Mw. Gli Elettrodi sono stati puliti con la soluzione del piranha [HSO2: UFF: 3:1 (v/v)] come citato più presto (12).

Una goccia (0,2 μl) dei campioni pronti del DNA (SQ1, SQ2 & SQ3) è stata pipettata fuori sopra gli elettrodi fisicamente separati per la loro immobilizzazione in modo da stabilire i collegamenti dell'inter elemento. È stata incubata per un periodo di 16 ore e poi è stata lavata completamente con acqua distillata deionizzata. Finalmente, era azoto secco ed IV caratterizzato sulla stazione da tavolino della sonda dal signatone fissata con Hewlett-Packard HP4155A, Analizzatore di Parametro A Semiconduttore che ha una resistenza interna di ≥1013 W e una risoluzione corrente di 10 fA. Λ-DNA è stato vincolato come citato più presto (12). Tutti I prodotti chimici ed enzimi del grado di biologia molecolare sono stati ottenuti dal gene di Q.BIO; BIO BASIC INC.; ; Sigma e. Tutte Le soluzioni sono state preparate in (18 MΩ) acqua ultra pura distillata deionizzata (sistema di ELGA Purelab ultra). I Campioni sono stati preparati in acqua deionizzata per escludere il ruolo di contro effetto dello ione nella conduttanza del DNA. Il Magnesio ed altri ioni inorganici biologici non si sono aggiunti come loro basi staccate di DNA e di RNA (13).

Risultati

IV Misure: La PCR ha sintetizzato ricco di guanina (SQ1, SQ2 e SQ3) e le sequenze λ-DNA sono state vincolate fra i micro elettrodi. La quantità di DNA fra gli elettrodi è stata stimata per essere NG dei ~ 1-4 x-1 10 per λ-DNA. La caratteristica elettrica Isotropa è stata osservata in ogni caso. Quindi, la struttura di DNA è probabilmente nello stato amorfo cioè distribuito a caso (14). Per assicurare che la conducibilità osservata fosse dovuto DNA e non a causa di tutta la contaminazione, gli esperimenti controllati sono stati eseguiti. Gli Elettrodi con DNA vincolato sono stati incubati per 30 minuti in una soluzione che contiene la Dnasi-Io. Questo enzima specificamente taglia il DNA a doppia elica. La caratterizzazione IV dell'elettrodo trattato Dnasi mostra non corrente. Ciò assicura la presenza di DNA fra gli elettrodi. In un altro esperimento di controllo, gli elettrodi sono stati dati il trattamento del microlaser invece della Dnasi, ancora il risultato erano stessi. Il genere di caratteristiche ottenute elimina il ruolo di contro effetti degli ioni. Non si pensa che provochi la caduta marcata nella conduzione se c'è un contro effetto degli ioni (Fig. 1D). Il fattore più accettato può contribuire alla conducibilità lungo la doppia elica del DNA è dovuto il contro ione mobile della pellicola sottile dell'acqua. Mentre i contro ioni mobili possono contribuire alla conducibilità alla temperatura ambiente, l'essiccamento dell'azoto dei campioni prima della misura d'avanzamento della conducibilità ed il marcati cadono nella conducibilità con l'aumento della lunghezza elimina per il suo ruolo significativo.

Figura 1.

Figura 1 confronta i Caratteristica I-v di λ-DNA, di SQ1, di SQ2 e di SQ3 a -1 a +1V. La Corrente è stata misurata a polarità normale ed inversa (N/R), caratteristiche isotrope è stato osservato. Le spazzate di Tensione sono state eseguite sia nella quantità negativa alla direzione positiva che la struttura fine come pure la forma globale dei dati è rispecchiata intorno a tendenziosità zero per alto confrontato a giù spazza. Una Media di tre misure per ogni caso è indicata nella Figura 1 e la valutazione è stata riferita in Tabella 1 per SQ1, SQ2 e SQ3.

Tabella 1.

Massimo (i)

Massimo (Diavoletto.)

(B.P. 1910)

-5 A

4 Ω

(2947 B.P.)

-8 A

7 Ω

(3970 B.P.)

-10 A

9 Ω

Molto a corrente debole nell'ordine di PA è stato osservato per λ-DNA (Fig. 1A). SQ1 e SQ2 sono pronouncedly non lineari, con un intervallo di banda fino a eV ~0,16 e ~0,22, oltre cui il flusso corrente importante si presenta (Fico 1B & C). Un intervallo Corrente Na 10 di μA e 10 è stato osservato per SQ1 e SQ2, rispettivamente. SQ3 mostra il comportamento quasi simile come nel caso di λ-DNA con un intervallo di banda di 0,02 eV e correnti nell'intervallo di PA 10 (Fig. 1D).

Accoppiamento Elettronico

L'energia Elettronica dell'accoppiamento è un ingrediente importante per tutti i modelli che descrivono la conducibilità del DNA. Attualmente, è stato calcolato facendo uso dei calcoli unici del G neutrale: C (A: NG di T): C sul B3LYP/6-31G (d, p) la geometria facendo uso di negligenza intermedia empirica dei semi della sovrapposizione differenziale (INDO) Hamiltoniana. La distanza (r) fra la distanza delle coppie di basi cioè fra le doppie parti aromatiche membered nella terza dimensione è stata tenuta costante come nel caso di B-DNA è 3,38 Å. Finalmente, le energie elettroniche dell'accoppiamento per il trasferimento del foro sono state ottenute dalle energie dell'OMO e da HOMO-1 della pila di coppie di basi, ottenuta con il INDO Hamiltoniano alla geometria ottimizzata DFT/B3LYP (15, 16). Le Geometrie delle basi e le coppie di basi in B-DNA sono state create facendo uso dei modelli per gli acidi nucleici dal campo di forza AMBRATO come applicato in HYPERCHEM. La spina dorsale del zucchero-fosfato è stata rimossa e l'idrogeno si è aggiunto alle lunghezze schiave standard. La distanza della Coppia di basi e l'angolo fra i piani di due coppie di basi sono stati tenuti 3,38 Å e 36, rispettivamente0.

Discussione

Molto a corrente debole nell'intervallo di PA è stato osservato per λ-DNA. Ciò può essere attribuita rispettivamente a tensione bassa della soglia, mentre il valore significativo della corrente è stato incontrato per SQ1 e SQ2 a -1 a +1 V. Current nell'ordine Na 10 di μA e 10 è stato indicato da SQ1 e da SQ2. Al primissimo istante, questa osservazione può essere dovuto ricchezza della guanina delle sequenze come le sequenze selezionate erano delle regioni dei ricchi della guanina. D'altra parte SQ3 ha indicato l'intervallo molto dissimile di PA i.e.10 corrente. È interessante notare che l'intervallo corrente ha diminuito di fattore di 10 con consecutivamente aumenta nell'ordine la lunghezza. La Conducibilità (σ0) valutata per SQ1 e SQ2 con l'intervallo di banda di Δ=0.16 e Δ= 0,22 eV è stata trovata per essere 2.4x10 e5 7.7x10cm,2-1 rispettivamente. Per accertare della conducibilità comparativa allo stesso intervallo di banda fra SQ1 e SQ2, la conducibilità è stata calcolata a eV Δ=0.16 per SQ2. È stato calcolato per essere σ0 = 2.3x10 Ωcm. Non evidenzia alcuna differenza significativa dalla conducibilità calcolata all'intervallo di banda di Δ= 0,22 eV. L'impedenza massima [massima (Imp)] offerta da DNA segmenta SQ1, SQ2 e SQ3 erano un fattore di x10, x10 e x10 Ω9.

Per accertare della frequenza della distanza del trasferimento di carica in SQ1, le sequenze SQ2 e SQ3, la loro analisi sono state fatte. È stato osservato che unità di conduzione (GASCROMATOGRAFIA: Il CG) è inby fatto un passo (A: T o T: Nbases di A) [G: C (A: NG di T): C]. Inoltre, egualmente è stato trovato che il ` N' varia 1 - 10 con frequenza variante in SQ1, in SQ2 e in SQ3. La Frequenza di N < 6 è stata trovata per essere più rispetto a frequenza di N > 6. Fare Un Passo nella tendenza di ` A' o il ` T' fra il ` di conduzione G delle unità' è stato aumentato consecutivamente con aumento di lunghezza. Per accertare del ruolo delle basi d'intervento nella conducibilità del DNA, le energie elettroniche dell'accoppiamento sono state calcolate per frequenza differente delle basi d'intervento fra le unità di conduzione (Tabella 3). Indica che l'energia elettronica dell'accoppiamento sta aumentando con aumento nella quantità di A: Paia di T fra le unità di conduzione. L'accoppiamento Elettronico diminuisce marcato fino a N = 3 e l'accrescimento più ulteriore caduta marcata del ` in N' non è osservato. Ciò provoca l'accoppiamento debole per due unità di conduzione adiacenti che causano la diminuzione nella conducibilità. Lo studio e la discussione circa i portatori di carica e l'effetto dell'accoppiamento elettronico di nucleobase possono essere insufficienti per trarre le precise conclusioni circa la distanza del trasferimento di carica ma ha lo scopo che intervenire le basi fra le unità di conduzione causa a cambiamento significativo nell'energia elettronica dell'accoppiamento che è un ingrediente necessario per trasferimento di carica.

Tabella 2.

[G: C (A: NG di T): C]

H- (H-1) (eV)

-8,539

-8,488

0,051

2G

-8,564

-8,465

0,099

3G

-8,572

-8,455

0,117

4G

-8,575

-8,450

0,125

5G

-8,576

-8,448

0,128

6G

-8,576

-8,447

0,128

7G

-8,576

-8,444

0,132

8G

-8,576

-8,443

0,133

9G

-8,576

-8,442

0,134

10G

-4,938

-4,804

0,134

Egualmente è riferito che numero aumentante di (A: T) N (n>4) non blocca la tassa per muoversi, piuttosto A: T funge da portatore di carica (18). La Tabella 3 egualmente mostra marcato con aumento nel ` N' da 1-3 aumenti elettronici di energia dell'accoppiamento e dopo che N = 4 che tale tendenza diminuisce. Questo risultato può più ulteriormente essere confermato dagli studi di Saito et al. (1998) chi hanno calcolato l'energia di ionizzazione per il G: La C è eV 7,34, dato che TAGAT è eV 6,73, dato che TTGTT è 6,96 eV (19). Ciò indica chiaramente che le basi adiacenti promuovono la diminuzione di stabilizzazione quindi in IP per TAGAT e TTGTT.This spiega fare la media delle sequenze di intervento necessarie per la conducibilità interurbana. Tuttavia, non è necessario che le differenze possibili di ogni sequenza provocheranno lo stesso reticolo della conducibilità.

Conclusione

Nel caso attuale, la conducibilità delle sequenze ricche della guanina intrinseca di λ-DNA è stata trovata per essere lunghezza dipendente. È arguito dalla valutazione di sequenze e dal calcolo elettronico di energie dell'accoppiamento fra due unità di conduzione che la conducibilità delle sequenze studiate è stata modificata da frequenza delle basi d'intervento. Il Numero delle basi d'intervento fra l'unità di conduzione due non è costante o fisso. La Variabilità delle basi d'intervento è stata trovata aumentare con aumento di lunghezza di sequenza del DNA. La conducibilità del DNA completamente non è governata dalle basi della guanina ma egualmente è complementata da `' Alle basi. Facendo La Media delle sequenze di intervento è necessario per trasferimento di carica interurbano. Questi risultati possono fornire le comprensioni nel comportamento elettrico delle sequenze ricche della guanina le basi d'intervento varianti. Può anche essere utile nella modificazione della conducibilità del nanowire del DNA.

Riconoscimento

Questo lavoro è stato supportato dal Dipartimento di Biotecnologia (DBT) e dal Dipartimento di Scienza e Tecnologia (DST). Gli Autori sono riconoscenti al Dott. Prakash da GETECH Haidarabad, India per montaggio di schiera del microelettrodo. Siamo egualmente riconoscenti al Sig. A.K. Shukla ed al Dott. Amit Sharma per il loro orientamento e suggerimenti apprezzati. Uno di noi autori (Ram Ajore) ringrazia il Consiglio della Ricerca Scientifica ed Industriale (CSIR), per la fornitura dell'amicizia

Riferimenti

Bhalla V., Bajpai R.P. e Bharadwaj L.M., “elettronica„, l'EMBO riferisce, 4, 1-4, 2003 del DNA.

O'Neill P. e Fielden E.M., “trattamenti Primari del radicale libero in DNA„, Biol di Radiat di Adv, 17, 53, 1993.

Warman J.M., de Hass M.P. e Rupprecht A., “DNA: Un collegare molecolare„, Lettere Fisiche Chimiche, 294, 319-322, 1996.

Joachim C., Gimzewski J.K. e Aviram A., “Elettronica facendo uso della Natura ibrida delle unità molecolari e monomolecolari„, 408, 541-548, 2000.

Kasumov A.Y., Kodak M., Gueron S., Reulet B., Volkov V.T., Klinov D.V. e Bouchia H., “da superconduttività Indotta da prossimità in DNA„, Scienza, 291, 280, 2001.

Tempesta A.J., Noort J.V., Vries S.D. Dekker C., “comportamento d'Isolamento per le molecole del DNA fra i nanoelectrodes al disgaggio di nanometro di lunghezza 100„, Lettere di Fisica Applicata, 79, 3881-3883, 2001.

Kelley S.O. e Barton J.K., “Trasferimento di elettroni fra le basi su doppio DNA elicoidale„, Scienza, 283, 375, 2002.

Yoo K. - H., Avuto. H., Lee J. - O., Sosta J.W., KimJ., Kim J.J., Lee H. - Y., Kawai T. e Choi H. - Y., “conduzione Elettrica con poli (il dA) - poli (distacco) e poli (DG) - (CC) molecole del DNA„, Phys. Rev. Lett, 87, 198102-05, 2001.

Porath D., Bezryadin A., De Vries S. e Dekker C., “misura Diretta di trasporto elettrico attraverso le molecole del DNA„, Natura, 403, 635-638, 2000.

Bharadwaj L.M., Kumar R. e Bajpai R.P., “simulazione di Progettazione ai dei componenti elettronici basati a DNA„, Proc. di SPIE, 4937, 226-230, 2002.

Kumar S., Kumar R., Shukla A.K. e Bharadwaj L.M., “montaggio dei Microelettrodi facendo uso delle forbici del laser„, Lettere dei Materiali, 61, 3829-3832, 2007.

Ajore R., Kumar R., Kaur I., Sobti R.C. e Bharadwaj L.M., “interferenza chimica di immobilizzazione del DNA dovuto lo studio dei cumuli tramite la immersione e l'approccio di goccia„, Giornale dei metodi biochimici e biofisici, 70, 779-785, 2007.

McFail-Isom L., Shui L. e Williams L D., “cationi Bivalenti stabilizzano la conformazione staccata di DNA E di RNA interagendo con il sistema basso del π„, la Biochimica, 37, 17105-17111, 1998.

Otsuka Y., LeeH. - Y., Gu J. - H., Lee J. - O., Yoo K. - H., Tanaka H., TabataH. e Kawai T., “Influenza di umidità sulla conduttività elettrica della pellicola sintetizzata del DNA su nanogapelectrode„, Jpn. J. Appl. Phys, 41, 891-894, 2002.

LU S. - Z., LiX. - Y. e Liu J. - F., “Analisi dell'Orbitale Molecolare nella Valutazione dell'Elemento di Matrice del Trasferimento di elettroni dalla Teoria di Koopmans„, J. Phys. Chem A, 108, 4125, 2004.

Li X. - Y., Tang X. - S. e Lui F. - C., “oligomeri di transferin dell'Elettrone poli (P-fenilene): effetto del campo elettrico esterno ed applicazione del teorema di Koopmans„, Chem. Phys, 248, 137, 1999.

Williams T.T., Odom D.T. e Barton J.K., “Variazione nel trasporto della tassa del DNA con la composizione nel nucleotide e sequenza„, JACS, 122, 9048, 2000.

Giese B. e Spitchy M., “trasporto della tassa Interurbana attraverso DNA: quantificazione ed estensione del modello di luppolizzazione„. , Chem. Phys. Chem, 1.195, 2000.

Saito I., Nakamura T., Nakatani K., Yoshioka Y., Yamaguchi K. e Sugiyama H., “Mappatura delle Aree Sensibili per danno del DNA da ossidazione dell'un-elettrone: Efficacia dei doppietti di GG e dei tripletti di GGG come Trappola nella migrazione a lungo raggio del foro„, JACS, 120, 12686-12687, 1998.

Ram Ajore, Inderpreet Kaur, Lalit M. Bharadwaj

Divisione Biomolecolare di Nanotecnologia e di Elettronica (CURVATURA)
Organizzazione Centrale degli Strumenti Scientifici (CSIO)
Sector-30C, Chandigarh India

Telefono: +91-172-2657811 482 Esterni, 452
+91-172-2656285

Fax: +91-172-2657267

Email: ajore_r@rediffmail.com, lalitmbharadwaj@hotmail.com

R.C.Sobti

Dipartimento di Biotecnologia,
Sector-14, Chandigarh India

Date Added: Nov 8, 2007 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:56

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