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DOI : 10.2240/azojono0118

本質的なグアニンの豊富なλ DNA シーケンスの現在の電圧特性

ラム Ajore、 Inderpreet Kaur、 R.C.Sobti および Lalit M. Bharadwaj

版権の AZoM.com の Pty 株式会社。

これは AZo オール http://www.azonano.com/oars.asp の条件のもとで配られるアゾの開架の報酬システム (AZo オール) 記事です

入れられる: 2007 年th 8 月 17 日

掲示される: 2007 年th 11 月 7 日

カバーされるトピック

概要

背景

材料および方法

結果

電子カップリング

議論

結論

確認応答

参照

接触の細部

現在の原稿では、λ DNA の倍によって残されるグアニン豊富なシーケンスの現在電圧 (IV) 測定は報告されました。 これらのシーケンスは長さの扶養家族の伝導性を示します。 長さ、 L の伝導性 (σ0) DNA は 2.4 x 10、 7.7 x 10cm であると = 0.6494 x 10 (1910 年の bp)、 1 x 10 (2947 bp) および 1.3498 x 10 cm (3970 bp) および2-1絶縁体の動作、それぞれ見つけられました。 固定された DNA の IV 性格描写は力の光学ピンセットを使用してレーザーの切除によって製造された金微小電極 0.66 MW で行われました。 本質的なグアニンの豊富なシーケンスの料金転送の間隔の評価は長さが増加を用いる行なう単位間の介入ベースの増加する頻度を示します。 現在の調査の結果はさまざまな料金転送の間隔の nanowires の動作を確認するために有用である場合もあります

DNA の構造の生物的および物理的な調査は DNA (1) の電子特性にかなりの興味を明らかにしました。 DNA の窒素ベースの放射効果および電離電位の調査の結果として DNA の損害の形成は DNA の電子工学 (2) の方の研究者を追跡しました。 伝導性のための必要なπ電子豊富なベースの所有いのほかに、 DNA はまた nano 電子工学のための nano スケール次元を所有しています (3 つはの 4).These 特性 DNA に分子電子工学のための有望な材料をします。 DNA の電気特性は分子ワイヤー (5、 6) のような nanoscale 装置の作成の目標と調査されています。

先に IV 性格描写は photoinduced 料金転送の調査によって最近の調査が直接電気測定に集中した一方、 (7) 関係しました。電気伝導率の測定は曖昧な実験をもたらし、 DNA を発音する理論的な結果は動作の広い範囲を所有しています。 研究者はλバクテリオファージの完全なゲノムの IV 特性を調査し、 30 bp (8、 9) まで化学的に oligos を総合しました。 自然な DNA の IV 性格描写は介入シーケンスで分かれている低く、高いグアニンの豊富な領域をひとつにまとめます。 グアニンに DNA シーケンス (10) を構成する 4 つのベース間の最も低い酸化潜在性があっているので、豊富なグアニンの内容とのシーケンスに未来の nanowire のための高い潜在性があります。 これ以上の文献は IV λバクテリオファージのグアニンの豊富で本質的なシーケンスの特性のために報告されませんでした。

倍の直接 IV 測定のこの調査のレポートは本質的なグアニンの豊富なλ DNA シーケンスを残しました。 3 つのグアニン豊富な領域はこの調査に DNA の nanowire の電気動作が低いグアニンの内容の結果として影響を受けないべきではないように選ばれました。 別のサイズのこれらの本質的なシーケンスは特定の thiolated プライマーを使用して (PCR)ポリメラーゼ連鎖反応によって総合されました。

材料および方法

特定の Thiolated (5' 端) プライマー Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC、 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC)、 Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC、 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) および Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG、 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) はλ DNA シーケンス対計画の GC% によって遺伝子のランナー 3.05 プログラムで決定されました (48502 bp)。 プライマーは Bio Basics Inc. から総合され、手に入れられました。 特定のプライマー (Pr1、 Pr2 及び Pr3) のための拡大の条件の標準化は MJ の研究の勾配の cycler (PTC-200) で行われました。 異なった諸条件は最大拡大が得ることができるように、使用されました。 得られた最適拡大の状態は 560C、 560C および 550C および Mg 1.5 mM の cm-+)、 2947 bp (1 x 10 cm-4) でした。 PCR はグアニンの豊富なシーケンスを総合しました (SQ1 = 1910bp; SQ2 = 2947 bp; SQ3 は Nucleotrap PCR の浄化キットを使用して = 3970 bp) 浄化されました。 間隔 0.6、 1.0 および 1.3 の金の電極を製造するプロシージャはμm (11) 他の所で記述されていました。 要するに、微小電極は金によって塗られた (30 nm) ガラスウエファーで Microlaser の解剖の Combi システム付きの光学ピンセットを使用して製造されました。 金は 20 µJ のエネルギーおよび 0.66 MW の平均出力の 4 ns のパルスの持続期間の紫外線レーザー (λ-337 nm) を加えることによって融除されました。 電極はピラニアの解決 [HSO ときれいになりました2: HO: 3:1 (v/v)] 上記された (12) として。

準備された DNA のサンプル (SQ1、 SQ2 及び SQ3) の低下 (0.2 のμl) は固定のための物理的に分けられた電極に相互要素の配線を確立するためにピペットで移されました。 それは 16 時間のピリオドの間孵化し、次に脱イオンされた蒸留水と完全に洗浄されました。 最終的に、それは signatone によっておよび IV 乾燥した窒素 Hewlett-Packard HP4155A の≥1013 W および 10 fA の現在の解像度の内部抵抗を持っている半導体パラメータ検光子と接続したデスクトップのプローブ端末で特徴付けられてでした。 λ DNA は上記された (12) として固定しました。 分子生物学の等級のすべての化学薬品そして酵素は Q.BIO の遺伝子から手に入れられました; BIO BASIC INC.、; ; シグマおよび。 すべての解決は脱イオンされた (18 MΩ) 蒸溜された超純粋な水 (超 ELGA Purelab システム) で準備されました。 サンプルは脱イオンされた水で DNA の導電率に於いての反対イオン効果の役割を除くために準備されました。 マグネシウムおよび他の生物的無機イオンはそれらとして DNA および RNA (13) の思うようにいかないベース追加されませんでした。

結果

IV 測定: PCR はグアニンが豊富 (SQ1、 SQ2 および SQ3) 総合し、λ DNA シーケンスはマイクロ電極の間で固定しました。 電極間の DNA の量はλ DNA のための ~ 1-4 x 10 NG であるために-1推定されました。 等方性電気特性は各ケースで観察されました。 それ故に、 DNA の構造は無定形状態にあるとすなわち任意に配りました (14) を考えられます。 観察された伝導性が DNA がそしてないあらゆる汚染のために原因だったことを保障するためには、制御された実験は行われました。 固定された DNA が付いている電極は DNase私を含んでいる解決の 30 分の間孵化しました。 この酵素はとりわけ倍によって残される DNA を切ります。 DNase によって扱われる電極の IV 性格描写は現在を示しません。 これは電極間の DNA の存在を保障します。 別の制御実験では、電極は DNase の代りに microlaser の処置を、再度結果でした同じ与えられました。 得られる特性の種類は反対イオン効果の役割を除外します。 反対イオン効果 (図 1D) があれば伝導の鋭い落下に起因することを期待しません。 最も受け入れられた要因は DNA の二重螺旋に沿う伝導性にです水薄膜の移動式反対イオンが原因貢献するかもしれません。 移動式反対イオンが室温で伝導性に貢献するかもしれない間、遂行の伝導性の測定の前のサンプルの窒素の乾燥および鋭いの重要な役割のために増加する長さの伝導性で除外します落ちます。

図 1。

図 1 は +1V と -1 でλ DNA、 SQ1、 SQ2 および SQ3 の IV 特性を比較します。 流れは正常な、逆の極性で測定されました (N/R) は、等方性特性観察されました。 電圧広がりは肯定的な方向への陰性で両方行われ、データの微細構造、また全面的な形は比較される上りのためのゼロバイアスのまわりで広がりと映ります。 各ケースのための 3 つの測定の平均は図 1 で示され、評価は SQ1、 SQ2 および SQ3 のための表 1 で報告されました。

表 1。

最大。 (i)

最大。 (小鬼。)

(1910 年の bp)

-5 A

4 Ω

(2947 bp)

-8 A

7 Ω

(3970 bp)

-10 A

9 Ω

非常に低く pA の範囲の流れはλ DNA (図 1A) のために観察されました。 SQ1 および SQ2 はかなり大きい現在の流れが行われる ~0.16 および ~0.22 eV までバンドギャップと顕著に非線形、です (図 1B 及び C)。 10 μA の現在の範囲はおよび 10 nA SQ1 および SQ2 のために、それぞれ観察されました。 SQ3 は 10 pA の範囲 (図 1D) で 0.02 の eV および流れのバンドギャップのλ DNA の場合にはようにほとんど同じような動作を示します。

電子カップリング

電子カップリングエネルギーは DNA の伝導性を記述するすべてのモデルのための重要な原料です。 現在、それは中立 G の一点計算を使用して計算されました: C (A: T) NG: B3LYP/6-31G (d、 p) ハミルトンの C 差動重複の半経験的な中間無視を使用して (INDO)幾何学。 B-DNA の場合にはように 3.38 Å がある基礎ペアの第3次元の二重 membered 芳香の一部分間のすなわち間隔間の間隔 (r) は一定した保たれました。 最終的に、穴の転送のための電子カップリングエネルギーはヒト属のエネルギー、および DFT/B3LYP によって最適化された幾何学 (15、 16) でハミルトン INDO と得られた基礎ペアのスタックの HOMO-1 から得られました。 ベースの幾何学および B-DNA のベースペアは HYPERCHEM で実行されるようにこはく色力フィールドからの核酸のためのテンプレートを使用して作成されました。 砂糖隣酸塩バックボーンは除去され、水素は標準とらわれの長さで追加されました。 基礎ペアは遠のけ、 2 つの基礎ペアの平面間の角度は 3.38 Å および 36、それぞれ保たれました0

議論

非常に低く pA の範囲の流れはλ DNA のために観察されました。 これは低いしきい値の電圧に流れの重要な値が SQ1 のために負われ、 -1 への 10 μA の範囲の +1 V. Current の SQ2 がおよび 10 nA SQ1 および SQ2 によって示されていたと同時に、それぞれ帰因させることができます。 一番最初の瞬間で、この観察は選ばれたシーケンスがグアニンの金持ち領域だったようにシーケンスのグアニンの豊かさが原因であるかもしれません。 一方では SQ3 は現在の i.e.10 pA の非常に異なった範囲を示しました。 現在の範囲が連続的にとの 10 の要因によって順次に増加する長さを減少したことに注意することは興味深いです。 Δ=0.16 のバンドギャップの SQ1 そして SQ2 のために評価された伝導性 (σ0) およびΔ= は 2.4x10 および 7.7x10cm であると 0.22 の eV5 それぞれ2-1見つけられました。 SQ1 と SQ2 間の同じバンドギャップで比較伝導性を確認するためには、伝導性は SQ2 のためのΔ=0.16 eV で計算されました。 あることをσ0 = 2.3x10 Ωcm 計算しました それはΔ= のバンドギャップで計算される伝導性からの重要な相違を 0.22 の eV 示しません。 DNA によって提供される最大 (Imp)インピーダンスは [最大] SQ1、 SQ2 をセグメント化し、 SQ3 は x10 の要因、 x10 および x10 Ωでした9

SQ1 の料金転送の間隔の頻度を、 SQ2 および SQ3 シーケンスは確認するためには、分析行われました。 行なう単位 (GC ことが観察されました: CG は) 歩んだ inby です (A: T か T: A の) nbases [G: C (A: T) NG: C]。 さらに ` n が」 1 つから SQ1、 SQ2 および SQ3 のさまざまな頻度との 10 をから変えることが、また分られました。 n < 6 の頻度は n > 6. の頻度と比べて多くであると ` A の傾向で」歩むことを見つけられましたまたは」は行なう単位の ` G」間の ` T 長さが増加と連続的に高められました。 DNA の伝導性に於いての介入ベースの役割を確認するためには、電子カップリングエネルギーは行なう単位 (表 3) 間の介入ベースの別の頻度のために計算されました。 電子カップリングエネルギーが A の総計で増加と増加していることを示します: 行なう単位間の T のペア。 電子カップリングはまで n = 3 はっきりと減り、 ` n ののなお一層の増加は」鋭い落下観察されません。 これは伝導性の減少を引き起こす 2 つの隣接した行なう単位によりのための弱いカップリングで起因します。 電荷キャリアについてのおよび議論および nucleobase の電子カップリングの効果は料金転送の間隔についてのしっかりした結論を出して不十分である行なう単位の間にベースを介入することが料金転送のための必要な原料である電子カップリングエネルギーの重要な変更に引き起こす目的を機能します。

表 2。

[G: C (A: T) NG: 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

増加する番号のことがまた報告されます (A: T) n (n>4) は移動するために料金をむしろ A 妨げません: T は荷電粒子として (18) 機能します。 n = そのような傾向が減少する 4 後表 3 はまた 1-3 の電子カップリングエネルギー増加からの ` n の増加と」はっきりと示し。 この結果は Saito の調査によってだれが G のためのイオン化エネルギーを計算したか更に等確証することができます (1998 年の): C は 7.34 eV です、なぜなら TAGAT は 6.73 eV です、なぜなら TTGTT は 6.96 eV (19) です。 これははっきり隣接したベースがそれ故に TAGAT のための Ip の安定減少を促進し、 TTGTT.This が平均長距離の伝導性に必要な介入シーケンスの説明することを示します。 ただしあらゆる可能なシーケンス相違が伝導性の同じパターンで起因することは、必要ではないです。

結論

現在のケースでは、λ DNA の本質的なグアニンの豊富なシーケンスの伝導性は長さであると依存した見つけられました。 調査されたシーケンスの伝導性が介入ベースの頻度修正されたことが 2 つの行なう単位間のシーケンス評価そして電子カップリングエネルギー計算から推論されます。2 行なう単位間の介入ベースの番号は一定しているまたは固定ではないです。 介入ベースの可変性は DNA シーケンス長さの増加と増加すると見つけられました。 DNA の伝導性はグアニンベースによって完全に支配されませんが、また」ベースの ` によって補足されます。 介入シーケンスの平均は長距離通話料の転送に必要です。 これらの結果はさまざまな介入ベースをグアニンの豊富なシーケンスの電気動作に洞察力に与えるかもしれません。 それはまた DNA の nanowire の伝導性の修正で有用かもしれません。

確認応答

この作業は人間工学 (DBT) の部門および科学技術 (DST) の部門によってサポートされました。 著者は GETECH ハイデラバード、微小電極アレイ製造のためのインドからの先生に Prakash 感謝しています。 私達は氏および Amit Sharma 彼らの貴重な指導および提案のための先生に A.K. Shukla また感謝しています。 私達の 1 つは著者団体を提供するために (ラム Ajore) 科学的で、産業研究 (CSIR) の議会に、感謝します

参照

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ラム Ajore、 Inderpreet Kaur、 Lalit M. Bharadwaj

Biomolecular 電子工学およびナノテクノロジー部 (くねり)
中央科学器械構成 (CSIO)
セクター30C、チャンディーガルインド

電話: +91-172-2657811 Ext. 482、 452
+91-172-2656285

ファクシミリ: +91-172-2657267

電子メール: ajore_r@rediffmail.comlalitmbharadwaj@hotmail.com

R.C.Sobti

人間工学の部門、
セクター14、チャンディーガルインド

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

Last Update: 13. June 2013 18:00

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