OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0118

De Huidige Kenmerken van het Voltage van de Intrinsieke Rijke Opeenvolgingen λ-DNA van de Guanine

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

Copyright AZoM.com PTY Ltd.

Dit is een Azo Open die artikel van de Beloningen van de Toegang van het Systeem (azo-Roeispanen) in het kader van de termijnen van de azo-Roeispanen http://www.azonano.com/oars.asp wordt verspreid

Voorgelegd: 17th Augustus 2007

Gepost: 7th November 2007

Besproken Onderwerpen

Samenvatting

Achtergrond

Materiaal en Methodes

Resultaten

Elektronische Koppeling

Bespreking

Conclusie

Erkenning

Verwijzingen

De Details van het Contact

In het huidige manuscript, huidig-voltage (IV) metingen van dubbele vastgelopen guanine rijke opeenvolgingen van zijn λ-DNA gemeld. Deze opeenvolgingen tonen lengte afhankelijk geleidingsvermogen. Van het Geleidingsvermogen (σ0) DNA van lengte, L = 0.6494 x 10 (1910 bp), 1 x 10 (2947 bp) en 1.3498 x 10 cm (3970 bp) werd gevonden om 2.4 x 10, 7.7 x 10cm te zijn2-1 en isolatiegedrag, respectievelijk. IV de karakterisering van geïmmobiliseerde DNA werd gedaan op gouden die micro-elektroden door laserablatie gebruikend worden vervaardigd Optische Tweezer van macht 0.66 mw. De evaluatie van de de overdrachtafstand van de Last van intrinsieke guanine rijke opeenvolgingen toont stijgende frequentie van tussenliggende basissen tussen het leiden van eenheden met verhoging van lengte. De Resultaten van de huidige studie kunnen nuttig zijn om het gedrag van nanowires met de variërende afstand van de lastenoverdracht na te gaan

De Biologische en fysieke studies over de structuur van DNA hebben aanzienlijke rente in de elektronische eigenschappen van DNA (1) geopenbaard. De Vorming van de letsels van DNA als resultaat van van de stralingseffect en ionisatie potentiële studies van stikstofhoudende basissen van DNA heeft onderzoekers naar elektronika van DNA (2) gevolgd. Naast het bezitten van vereiste π-elektron rijke basissen voor geleidingsvermogen, bezit DNA ook nano-schaaldimensies voor nano-elektronika (3, 4). Deze eigenschappen maken tot DNA een het beloven materiaal voor moleculaire elektronika. De Elektrische eigenschappen van DNA worden bestudeerd met het doel nanoscale apparaten zoals moleculaire draad (5, 6) te produceren.

Vroeger werd IV karakterisering betrokken langs photoinduced studies van de lastenoverdracht (7), terwijl de recente studies op directe elektrometingen zijn gegericd. De elektrogeleidingsvermogenmetingen hebben dubbelzinnige zowel experimentele als theoretische resultaten opgeleverd, het uitspreken zich bezit DNA een brede waaier van gedrag. De Onderzoekers bestudeerden IV kenmerken van volledig genoom van λ-bacteriofaag en stelden chemisch oligos tot 30 bp (8, 9) samen. IV de karakterisering van natuurlijke DNA brengt lage en hoge guanine rijke die gebieden samen door tussenliggende opeenvolgingen worden gescheiden. De Opeenvolgingen met rijke guanineinhoud heeft hoog potentieel voor toekomst nanowire, aangezien de guanine laagste oxydatiepotentieel onder vier basissen heeft die de opeenvolging van DNA vormen (10). Niet meer literatuur is gemeld voor IV kenmerken van guanine rijke intrinsieke opeenvolgingen van λ-bacteriofaag.

Dit studierapport over directe IV metingen van dubbele vastgelopen intrinsieke guanine rijke opeenvolgingen λ-DNA. Drie guanine rijke gebieden werden geselecteerd voor deze studie zodat het elektrogedrag van DNA nanowire niet als resultaat van lage guanineinhoud zou moeten worden beïnvloed. Deze intrinsieke opeenvolgingen van verschillende grootte werden samengesteld door de Kettingreactie van de Polymerase (PCR) Gebruikend specifieke thiolated inleidingen.

Materiaal en Methodes

De Specifieke Thiolated (5' einden) inleidingen Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) en Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) werden beslist over agent 3.05 van het Gen programma door GC% versus opeenvolging λ-DNA (48502 bp) in kaart te brengen. De Inleidingen waren samengesteld en verkregen van BioInc. van Grondbeginselen. De Normalisatie van versterkingsvoorwaarden voor de specifieke inleidingen (Pr1, Pr2 & Pr3) werd gedaan inzake MJ de Gradiënt van het Onderzoek cycler (ptc-200). De Verschillende reeksen voorwaarden werden gebruikt, zodat de maximumversterking kan worden verkregen. De Optimale verkregen versterkingsvoorwaarden waren 560C, 560C en 550C en 1.5 van mm- Mg-+ cm), 2947 bp (1 x 10-4 cm). PCR samengestelde guanine rijke opeenvolgingen (SQ1 = 1910bp; SQ2 = 2947 bp; SQ3 = werden 3970 bp) gezuiverd gebruikend PCR Nucleotrap de uitrusting van de Reiniging. Een procedure om gouden elektrode te vervaardigen met het uit elkaar plaatsen van 0.6, was 1.0 en 1.3 μm elders beschreven (11). Kortom, werden de Micro-elektroden vervaardigd op goud met een laag bedekt (30 NM) glaswafeltje gebruikend het Optische Microlaser van Tweezer Kubieke Meter Systeem van Combi van de Ontleding. Het Goud werd weggenomen door uv-Laser (λ-337 NM) van de duur van de 4 NSimpuls met energie van 20 µJ en gemiddelde macht van 0.66 mw toe te passen. De Elektroden werden schoongemaakt met piranhaoplossing [HSO2: HO: 3:1 (v/v)] zoals vroeger vermeld (12).

Een daling (0.2 μl) van de voorbereide steekproeven van DNA (SQ1, SQ2 & SQ3) pipetted uit over fysisch gescheiden elektroden voor hun immobilisatie om inter-element bedrading te vestigen. Het werd uitgebroed voor een periode van 16 uren en werd toen gewassen grondig met gedeioniseerd gedistilleerd water. Uiteindelijk, was het droge stikstof en IV gekenmerkt op de post van de Desktopsonde door signatone in bijlage met Hewlett-Packard HP4155A, de Analysator die van de Parameter van de Halfgeleider een interne weerstand van ≥1013 W en huidige resolutie van 10 FA hebben. λ-DNA was geïmmobiliseerd zoals vroeger vermeld (12). Alle chemische producten en enzymen van moleculaire biologierang werden verkregen van gen Q.BIO; BIO BASISINC.; ; Sigma, en. Alle oplossingen werden voorbereid in gedeioniseerd (18 MΩ) gedistilleerd ultra zuiver water (ultrasysteem ELGA Purelab). De Steekproeven waren in gedeioniseerd water bereid om de rol van tegen ioneneffect in het geleidingsvermogen van DNA uit te sluiten. Het Magnesium en andere biologische anorganische ionen werden niet toegevoegd aangezien zij losse basissen van DNA en RNA (13).

Resultaten

IV Metingen: PCR stelde guanine-rijken (SQ1, SQ2 en SQ3) samen en de opeenvolgingen λ-DNA werden geïmmobiliseerd tussen micro- elektroden. De hoeveelheid DNA tussen elektroden werd geschat om ~ 1-4 x 10 ng-1 voor λ-DNA te zijn. Het Isotrope elektrokenmerk werd waargenomen in elk geval. Vandaar, wordt de structuur van DNA verondersteld om in amorfe staat te zijn d.w.z. willekeurig verdeeld (14). Om ervoor te zorgen dat het waargenomen geleidingsvermogen aan DNA en wegens geen verontreiniging gepast was, werden de gecontroleerde experimenten uitgevoerd. De Elektroden met geïmmobiliseerde DNA werden 30 minuten in een oplossing uitgebroed die DNase-I bevatten. Dit enzym snijdt specifiek dubbele vastgelopen DNA. IV de karakterisering van DNase behandelde elektrode toont geen stroom. Dit verzekert aanwezigheid van DNA tussen elektroden. In een ander controleexperiment, werden de elektroden gegeven microlaser behandeling in plaats van DNase, opnieuw was het resultaat zelfde. Het soort verkregen kenmerken sluit de rol van tegenionengevolgen uit. Het wordt niet verwacht om in scherpe daling van geleiding te resulteren als er een tegenioneneffect is (Fig. 1D). De meest toegelaten factor kan tot geleidingsvermogen langs DNA bijdragen de dubbele schroef aan mobiel tegenion van water dunne film toe te schrijven is. Terwijl kunnen de mobiele tegenionen tot het geleidingsvermogen bij kamertemperatuur bijdragen, stikstof het drogen van steekproeven alvorens geleidingsvermogenmeting en de scherpe daling neer van geleidingsvermogen met stijgende lengte uit te voeren uitsluit voor zijn significante rol.

Figuur 1.

Figuur 1 vergelijkt IV kenmerken van λ-DNA, SQ1, SQ2 en SQ3 bij -1 bij +1V. De Stroom werd gemeten bij normale en omgekeerde polariteit (N/R), werden de isotrope kenmerken waargenomen. De bereik van het Voltage werden uitgevoerd zowel in negatieve aan positieve richting als de fijne structuur evenals is de algemene vorm van de gegevens weerspiegeld rond nul bias voor omhooggaand in vergelijking met benedenbereik. Het Gemiddelde van drie metingen voor elk geval wordt getoond in Figuur 1 en de evaluatie is gemeld in Lijst 1 voor SQ1, SQ2 en SQ3.

Lijst 1.

Max. (i)

Max. (IMP.)

(1910 bp)

-5 A

4 Ω

(2947 bp)

-8 A

7 Ω

(3970 bp)

-10 A

9 Ω

De Zeer lage stroom in de waaier van pa werd waargenomen voor λ-DNA (Fig. 1A). SQ1 en SQ2 is pronouncedly niet-lineair, met een bandhiaat tot ~0.16 en ~0.22 eV, waarvoorbij de aanzienlijke huidige stroom voorkomt (Fig. 1B & C). De Huidige waaier van Na 10 werd μA en 10 waargenomen voor SQ1 en SQ2, respectievelijk. SQ3 toont bijna gelijkaardig gedrag zoals in het geval van λ-DNA met een bandhiaat van 0.02 eV en stroom in 10 pawaaier (Fig. 1D).

Elektronische Koppeling

De Elektronische koppelingsenergie is een belangrijk ingrediënt voor alle modellen beschrijvend het geleidingsvermogen van DNA. Weldra, werd het berekend gebruikend enige puntberekeningen van neutraal G: C (A: T) nG: C op de (D, p) meetkunde B3LYP/6-31G die semi empirische midden Hamiltonian verwaarlozing van differentiële overlapping (INDO) gebruiken. De afstand (r) tussen de basisparen d.w.z. werd afstand tussen dubbele membered aromatische delen in derde afmeting gehouden constant zoals in het geval van B-DNA 3.38 Å is. Uiteindelijk die, werden de elektronische koppelingsenergieën voor gatenoverdracht verkregen uit de energieën van HOMO, en homo-1 van de stapel basisparen, met INDO Hamiltonian bij de DFT/B3LYP geoptimaliseerde meetkunde (15, 16) wordt verkregen. De Meetkunde van basissen en basisparen in werd B-DNA gecreeerd gebruikend de malplaatjes voor nucleic zuren van het AMBERkrachtgebied zoals die in HYPERCHEM wordt uitgevoerd. Werd de suiker-fosfaat backbone verwijderd en de waterstof werd toegevoegd bij standaardbandlengten. De het paarafstand van de Basis en de hoek tussen de vliegtuigen van twee basisparen werden gehouden 3.38 Å en 36, respectievelijk0.

Bespreking

De Zeer lage stroom in pawaaier werd waargenomen voor λ-DNA. Dit kan aan laag drempelvoltage worden toegeschreven, aangezien de significante waarde van stroom voor SQ1 en SQ2 bij -1 tot +1 V. Current in de waaier van 10 μA werd opgelopen en Na 10 door SQ1 en SQ2, respectievelijk werd getoond. Bij allereerste moment, kan deze observatie aan guaninerijkdom van de opeenvolgingen toe te schrijven zijn aangezien de geselecteerde opeenvolgingen van guanine rijke gebieden waren. Anderzijds heeft SQ3 zeer ongelijke waaier van huidige pa i.e.10 getoond. Het is interessant om op te merken dat de huidige waaier door een factor van 10 met achtereenvolgens verhoogt de één na de ander lengte heeft verminderd. Geleidingsvermogen (σ0) voor SQ1 en SQ2 met bandhiaat van Δ=0.16 en Δ= 0.22 eV wordt werden het geëvalueerd gevonden om 2.4x10 en 7.7x10cm5 te zijn die,2-1 respectievelijk. Om het vergelijkende geleidingsvermogen bij het zelfde bandhiaat tussen SQ1 en SQ2 na te gaan, werd het geleidingsvermogen berekend bij Δ=0.16 eV voor SQ2. Het werd berekend om σ0 te zijn = 2.3x10 Ωcm. Het toont geen significant die verschil van geleidingsvermogen bij bandhiaat van Δ= 0.22 eV wordt berekend. De maximumdie [maximum] (Imp) impedantie door de segmenten van DNA SQ1, SQ2 en SQ3 wordt aangeboden was een factor van x10, x10 en x10 Ω9.

om de frequentie van de afstand van de lastenoverdracht in SQ1, SQ2 en SQ3 opeenvolgingen na te gaan, werd hun analyse gemaakt. Men merkte op dat leidend eenheden (GC: CG) zijn gestapte inby (A: T of T: A) nbases [G: C (A: T) nG: C]. Voorts vond men ook dat ` n' van 1 tot 10 met variërende frequentie in SQ1, SQ2 en SQ3 varieert. De Frequentie van werd n < 6 gevonden om te zijn meer in vergelijking tot frequentie van n > 6. Het Stappen in tendens van ` A' of ` T' tussen het leiden van eenheden ` G werd' verhoogd achtereenvolgens met verhoging van lengte. Om de rol van tussenliggende basissen in het geleidingsvermogen van DNA na te gaan, werden de elektronische koppelingsenergieën berekend voor verschillende frequentie van tussenliggende basissen tussen het leiden van eenheden (Lijst 3). Het toont aan dat de elektronische koppelingsenergie met verhoging in aantal van A stijgt: T paren tussen het leiden van eenheden. De Elektronische koppelingsdalingen scherp tot wordt n = 3 en verdere verhoging van `n' scherpe daling niet waargenomen. Dit resulteert in zwakke koppeling voor twee aangrenzende het leiden eenheden veroorzakend daling van geleidingsvermogen. De studie en de bespreking over de lastencarriers en het effect van nucleobase elektronische koppeling kunnen ontoereikend zijn om vaste gevolgtrekkingen over de afstand van de lastenoverdracht te maken maar het dient het doel dat het tussenbeide komen van basissen tussen het leiden van eenheden significante verandering in elektronische koppelingsenergie veroorzaakt die een noodzakelijk ingrediënt voor lastenoverdracht is.

Lijst 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

Men rapporteert ook dat stijgend aantal van (A: T) n (n>4) blokkeert niet de te bewegen last zich, eerder A: T handelingen als lastencarrier (18). Lijst 3 toont ook met verhoging van ` n' scherp van 1-3 elektronische verhogingen van de koppelingsenergie en na n = 4 dergelijke tendens vermindert. Dit resultaat kan verder door de studies van Saito et al worden bevestigd. (1998) wie ionisatieenergie voor G berekende: C is eV 7.34, want TAGAT eV 6.73 is, voor TTGTT is eV 6.96 (19). Dit wijst duidelijk erop dat de aangrenzende basissen stabilisatie vandaar daling van Ip voor TAGAT en TTGTT.This- rekeningen het het gemiddelde nemen van van tussenliggende opeenvolgingen noodzakelijk voor geleidingsvermogen over lange afstand bevorderen. Nochtans, is het niet noodzakelijk dat elke de mogelijke opeenvolgingsverschillen in zelfde patroon van geleidingsvermogen zullen resulteren.

Conclusie

In dit geval, werd het geleidingsvermogen van intrinsieke guanine rijke opeenvolgingen van λ-DNA gevonden om afhankelijke lengte te zijn. Het wordt geconcludeerd van de opeenvolgingenevaluatie en de elektronische berekening van koppelingsenergieën tussen twee leidend eenheden dat het geleidingsvermogen van bestudeerde opeenvolgingen door frequentie van tussenliggende basissen werd gewijzigd. Het Aantal tussenliggende basissen tussen twee die eenheid leiden is constant of geen vast. De Veranderlijkheid van tussenliggende basissen werd gevonden om met verhoging van de opeenvolgingslengte van DNA te stijgen. Het geleidingsvermogen van DNA wordt niet volledig geregeerd door guaninebasissen maar ook door ` BIJ' basissen aangevuld. Het Gemiddelde Nemen van van tussenliggende opeenvolgingen is noodzakelijk voor lastenoverdracht over lange afstand. Deze resultaten kunnen inzicht in het elektrogedrag van guanine rijke opeenvolgingen van variërende tussenliggende basissen voorzien. Het kan ook nuttig zijn in het wijzigen van het geleidingsvermogen van DNA nanowire.

Erkenning

Dit werk werd gesteund door Ministerie van Biotechnologie (DBT) en Ministerie van Wetenschap en Technologie (DST). De Auteurs zijn dankbaar aan Dr. Prakash van GETECH Hyderabad, India voor de vervaardiging van de micro-elektrodeserie. Wij zijn ook dankbaar aan M.A.K. Shukla en Dr. Amit Sharma voor hun waardevolle begeleiding en suggesties. Één van ons auteurs (Ram Ajore) dankt de Raad van Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek (CSIR), voor het verstrekken van beurs

Verwijzingen

Bhalla V., Bajpai R.P. en Bharadwaj L.M., de „elektronika van DNA“, EMBO rapporten, 4, 1-4, 2003.

O'Neill P. en Fielden E.M., „Primaire vrije basisprocessen in DNA“, Biol van Adv Radiat, 17, 53, 1993.

Warman J.M., AFGEVAARDIGDE en Rupprecht A. van DE Hass, „DNA: Een moleculaire draad“, Chemische Fysieke Brieven, 294, 319-322, 1996.

Joachim C., Gimzewski J.K. en Aviram A., „Elektronika die hybride moleculaire en monomoleculaire apparaten“ met behulp van Aard, 408, 541-548, 2000.

Kasumov A.Y., Kodak M., Gueron S., Reulet B., Volkov V.T., Klinov D.V. en Bouchia H., „nabijheid-Veroorzaakte supergeleiding in DNA“, Wetenschap, 291, 280, 2001.

Onweer A.J., Noort J.V., Vries S.D. Dekker C., „het Isoleren gedrag voor de molecules van DNA tussen nanoelectrodes bij de 100 NM- lengteschaal“, Toegepaste Brieven van de Fysica, 79, 3881-3883, 2001.

Kelley S.O. en Barton J.K., de „overdracht van het Elektron tussen basissen in dubbele spiraalvormige DNA“, Wetenschap, 283, 375, 2002.

Yoo K. - H., had. H., Lee J. - O., Park J.W., KimJ., Kim J.J., Lee H. - Y., Kawai T. en Choi H. - Y., „Elektrogeleiding door poly (DA) - poly (dT) en poly (DG) - (gelijkstroom) de molecules van DNA“, Phys. Toer Lett, 87, 198102-05, 2001.

Porath D., Bezryadin A., DE Vries S. en Dekker C., „Directe meting van elektrovervoer door de molecules van DNA“, Aard, 403, 635-638, 2000.

Bharadwaj L.M., Kumar R. en Bajpai R.P., de „simulatie van het Ontwerp van op DNA-Gebaseerde elektronische componenten“, Proc. van SPIE, 4937, 226-230, 2002.

Kumar S., Kumar R., Shukla A.K. en Bharadwaj L.M., de „vervaardiging die van Micro-elektroden laserschaar“ met behulp van, Brieven van Materialen, 61, 3829-3832, 2007.

Ajore R., Kumar R., Kaur I., Sobti R.C. en Bharadwaj L.M., „de immobilisatie chemische interferentie van DNA toe te schrijven aan complexen bestuderen door onderdompeling en dalingsbenadering“, Dagboek van biochemische en biofysische methodes, 70, 779-785, 2007.

McFail-Isom L., Shui L. en Williams L D., „Tweewaardige kationen stabiliseren losse bouw van DNA EN RNA door met basisπ systeem“ in wisselwerking te staan, Biochemie, 37, 17105-17111, 1998.

Otsuka Y., LeeH. - Y., Gu J. - H., Lee J. - O., Yoo K. - H., Tanaka H., TabataH. en Kawai T., „Invloed van vochtigheid op het elektrogeleidingsvermogen van de samengestelde film van DNA op nanogapelectrode“, Jpn. J. Appl. Phys, 41, 891-894, 2002.

Lu S. - Z., LiX. - Y. en Liu J. - F., „Moleculaire Orbitale Analyse in Evaluatie van elektron-Overdracht het Element van de Matrijs door de Theorie van Koopmans“, J. Phys. Chem A, 108, 4125, 2004.

Li X. - Y., Tang X. - S. en Hij F. - C., transferin poly (p-phenylene) oligomers „van het Elektron: effect van extern elektrisch gebied en toepassing van stelling Koopmans“, Chem. Phys, 248, 137, 1999.

Williams T.T., Odom D.T. en Barton J.K., „Variatie in de lastenvervoer van DNA met nucleotidesamenstelling en opeenvolging“, JACS, 122, 9048, 2000.

Giese B. en Spitchy M., „Lastenvervoer over lange afstand door DNA: getalsmatige weergave en uitbreiding van het hoppenmodel“. , Chem. Phys. Chem, 1.195, 2000.

Saito I., Nakamura T., Nakatani K., Yoshioka Y., Yamaguchi K. en Sugiyama H., „het In Kaart Brengen van de Hete Vlekken voor de schade van DNA door één-elektron oxydatie: Doeltreffendheid van GG doubletten en drietallen GGG als Val in lange-afstands gatenmigratie“, JACS, 120, 12686-12687, 1998.

Ram Ajore, Inderpreet Kaur, Lalit M. Bharadwaj

De Biomoleculaire Afdeling van de Elektronika en van de Nanotechnologie (BEND)
De Centrale Wetenschappelijke Organisatie van Instrumenten (CSIO)
Sector-30C, Chandigarh India

Telefoon: +911722657811 Ext. 482, 452
+91-172-2656285

Fax: +91-172-2657267

E-mail: ajore_r@rediffmail.com, lalitmbharadwaj@hotmail.com

R.C.Sobti

Ministerie van Biotechnologie,
Sector-14, Chandigarh India

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

Last Update: 13. June 2013 17:43

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit