Estudos biológicos e físicos sobre a estrutura de DNA revelaram grande interesse em as propriedades eletrônicas de DNA (1). Formação de lesões de DNA como resultado do efeito da radiação e estudos de ionização potencial de bases nitrogenadas do DNA que tem seguido a investigadores no sentido de DNA eletrônicos (2). Além de possuir requisito π-elétron bases ricos para a condutividade, o DNA também possui nano-escala de dimensões para nano-eletrônica (3, 4). Estas propriedades fazem DNA um material promissor para a eletrônica molecular. Propriedades elétricas de DNA estão sendo estudadas com o objetivo de produzir dispositivos em nanoescala, tais como fios moleculares (5, 6). Caracterização IV anterior foi implicado por estudos encarregado de transferência fotoinduzida (7), enquanto que estudos recentes têm centrado em directo medições elétricas. As medições de condutividade elétrica produziram resultados ambíguos tanto experimental e teórica, pronunciando DNA possui uma ampla gama de comportamentos. Os pesquisadores estudaram as características IV do genoma completo do bacteriófago λ e quimicamente sintetizados oligos até 30 bp (8, 9). IV caracterização de DNA natural reúne baixa e alta guanina regiões ricas separados por seqüências de intervir. Sequências com conteúdo de guanina rico tem alto potencial de nanofios futuro, como a guanina é ter potencial de oxidação mais baixo entre os quatro bases que constituem seqüência de DNA (10). Não há mais literatura tem sido reportada para características IV de guanina ricos seqüências intrínseca do bacteriófago λ. Este relatório de estudo de medições diretas IV da dupla fita intrínseca guanina ricos λ DNA-seqüências. Guanina três regiões ricas foram selecionados para este estudo para que o comportamento elétrico do DNA de nanofios não devem ser afetados como resultado do conteúdo guanina baixa. Essas seqüências intrínseco de diferentes tamanhos foram sintetizados por reação de polimerase em cadeia (PCR) utilizando primers específicos thiolated. Material e Métodos Específicas Thiolated (5 'termina) primers Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) e Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) foram decididos runner Gene 3,05 programa traçando GC % vs seqüência de DNA λ (48.502 bp). Primers foram sintetizados e adquiridos a partir de Bio Basics Inc., Canadá . Padronização das condições de amplificação para os primers específicos (Pr1, Pr2 e Pr3) foram feitas em termociclador MJ Research Gradiente (PTC-200). Diferentes conjuntos de condições foram utilizadas, de modo que a amplificação máxima pode ser obtida. Condições de amplificação foram obtidos ótimo 560C, 560C e 550C e 1,5 mM Mg - ion + concentrado. λ DNA foi utilizado como modelo para amplificar o fragmento de 1910 bp (0,6494 x 10 cm -4), 2947 pb (1 x 10 cm -4) e 3970 pb (1,3498 x 10 cm -4). PCR sintetizado guanina seqüências ricas (SQ1 = 1910 pb; SQ2 = 2947 pb; SQ3 = 3970 bp) foram purificados usando Nucleotrap kit de purificação PCR. Um procedimento para fabricar eletrodos de ouro com espaçamento 0,6, 1,0 e 1,3 mM havia sido descrito em outros lugares (11). Em resumo, Microeletrodos foram fabricados em ouro revestido (30 nm) wafer de vidro usando Optical Tweezer Cum Dissection Microlaser sistema Combi. O ouro foi ablated aplicando UV-laser (λ-337 nm) de 4 de duração do pulso ns com energia de 20 μJ e potência média de 0,66 mW. Eletrodos foram limpos com solução piranha [H 2 SO 4: H 2 O 2: 3:1 (v / v)], como mencionado anteriormente (12). Uma gota (0,2 L) de amostras de DNA preparada (SQ1, SQ2 & SQ3) foi pipetado para fora sobre eletrodos separados fisicamente por sua imobilização, de modo a estabelecer inter-elemento de fiação. Foi incubado por um período de 16 horas e depois lavados com água destilada. Eventualmente, ele foi seco e nitrogênio IV caracterizado na área de trabalho estação de sonda por signatone unido com o HP4155A Hewlett-Packard, Analisador Semiconductor parâmetro ter uma resistência interna de ≥ 1.013 W e resolução de corrente de 10 fA. λ DNA foi imobilizado, como mencionado anteriormente (12). Todos os produtos químicos e enzimas de grau de biologia molecular foram adquiridos a partir de Q. gene BIO; BIO BASIC INC, Canadá ; USBIOLOGICAL , EUA ; Sigma Aldrich , EUA e PIERCE , EUA . Todas as soluções foram preparadas em água deionizada (18 mohms) água ultra pura destilada (ELGA Purelab ultra-sistema). As amostras foram preparadas em água deionizada para excluir o papel de efeito contra-íon na condutância DNA. Magnésio e outros íons inorgânicos biológicos não foram adicionados à medida que unstuck bases de DNA e RNA (13). Resultados Medidas IV: PCR sintetizadas ricas em guanina (SQ1, SQ2 e SQ3) e λ DNA-seqüências foram imobilizados entre os eletrodos micro. A quantidade de DNA entre os eletrodos foi estimada em ~ 1-4 x 10 -1 ng para SQ1, SQ2 e SQ3 e ~ 4,0 x 10 -2 ng de DNA λ. Característica elétrica isotrópico foi observado em cada caso. Assim, a estrutura do DNA é pensado para ser em estado amorfo ou seja, distribuídos aleatoriamente (14). Para garantir que a condutividade observada foi devido à DNA e não por causa de qualquer contaminação, experimentos controlados foram realizados. Eletrodos com DNA imobilizada foram incubadas por 30 minutos em uma solução contendo DNase-I. Esta enzima especificamente cortes DNA dupla fita. IV caracterização de DNase eletrodo tratados não mostra atual. Isso garante presença de DNA entre os eletrodos. Em outro experimento de controle, os eletrodos foram dadas microlaser tratamento em vez de DNase, mais uma vez o resultado foi mesmo. O tipo de características obtidas descartar o papel de efeitos contra íons. Não se espera que resulte em queda acentuada na condução, se há um efeito de contra-íons (Figura 1D). O fator mais aceito pode contribuir para a condutividade ao longo da dupla hélice do DNA é devido a contra-íon móvel de película de água fina. Enquanto móveis contra-íons podem contribuir para a condutividade à temperatura ambiente, o nitrogênio de secagem de amostras antes da realização de medição da condutividade e da queda acentuada no aumento de condutividade com regras comprimento para fora por seu papel significativo.     Características figura 1. IV de seqüências de DNA λ intrínseca. A-λ DNA-, B-SQ1, SQ2-C e D-SQ3. A Figura 1 compara características IV de λ-DNA, SQ1, SQ2 e SQ3 a -1 a +1 V. Corrente foi medido em polaridade normal e inversa (N / R), características isotrópicas foram observados. Varreduras de tensão foram realizadas tanto no sentido negativo para positivo e da estrutura fina, bem como a forma geral os dados são espelhados em torno de zero viés para cima em relação ao varre para baixo. Média de três medidas para cada caso é mostrado na Figura 1 e da avaliação tem sido relatada na Tabela 1 para SQ1, SQ2 e SQ3. Tabela 1. IV condições de medição e os resultados para SQ1, SQ2 e SQ3. | SQ1
(1910 bp) | -1 A 1 | 0,6 mM | N / R | ~ 0,16 eV | 6,20 x 10 -5 A | 1,61 x 10 4 Ω | SQ2
(2947 bp) | -1 A 1 | 1,0 mM | N / R | ~ 0,22 eV | 3,23 x 10 -8 A | 3.09x 10 7 Ω | SQ3
(3970 bp) | -1 A 1 | 1,3 mM | N / R | ~ 0,02 eV | 1,37 x 10 -10 A | 7,29 x 10 9 Ω |
Muito baixo de corrente na faixa de pA foi observado para λ-DNA (Fig. 1A). SQ1 e SQ2 são pronunciadamente não-linear, com um gap até ~ 0,16 e 0,22 eV ~, além do qual o fluxo de corrente ocorre considerável (Fig. 1B e C). Faixa de corrente de 10 mA e 10 nA foi observado para SQ1 e SQ2, respectivamente. SQ3 mostra um comportamento quase semelhante, como no caso de λ DNA com um gap de 0,02 eV e corrente em 10 pA intervalo (Figura 1D). Acoplamento eletrônico Acoplamento de energia eletrônico é um ingrediente importante para todos os modelos que descrevem a condutividade DNA. Atualmente, ele foi calculado usando cálculos único ponto do G neutro: C (A: T) nG: C na geometria B3LYP/6-31G (d, p) usando negligência empírica semi intermédio de sobreposição diferencial (INDO) Hamiltoniano. A distância (r) entre os pares de bases ou seja, a distância entre o dobro membros metades aromáticos em terceira dimensão foi mantida constante como no caso de B-DNA é 3,38 Å. Eventualmente, eletrônico energias de acoplamento para a transferência de buraco foram obtidos a partir das energias de HOMO e HOMO-1 da pilha de pares de base, obtidos com o hamiltoniano INDO na geometria otimizada DFT/B3LYP (15, 16). Geometrias de bases e de pares de bases no B-DNA foram criados usando os modelos de ácidos nucléicos a partir do campo de força AMBER como implementado no Hyperchem. A espinha dorsal de açúcar-fosfato foi removido e foi adicionado hidrogênio em comprimentos de ligação padrão. Distância de pares de bases eo ângulo entre os planos de dois pares de base foi mantida 3,38 Å e 36 0, respectivamente. Discussão Muito baixo de corrente na faixa pA foi observado para λ DNA. Isto pode ser atribuído à tensão de limiar baixo, pois o valor significativo de corrente foi incorridos para SQ1 e SQ2 a -1 a +1 V. atual na faixa de 10 mA e 10 nA foi mostrado por SQ1 e SQ2, respectivamente. No primeiro momento, essa observação pode ser devido a guanina riqueza das sequências como as seqüências selecionadas foram de guanina regiões ricas. No SQ3 outro lado mostrou gama muito diferentes dos atuais ie10 pA. Esta gama actual é muito próximo ao observado para o intervalo atual λ-DNA (Fig.1D). Mesmo assim, gap foi menor para SQ3 em comparação com SQ1 e SQ2 (Tabela 1), corrente considerável não foi observado. Guanina percentuais em três seqüências intrínseca de λ DNA-é ~ 58% e em λ DNA-é ~ 49%. GC percentual foi calculado com relação ao comprimento perspectiva de seqüências de DNA usadas. Anteriormente, foi sugerido (17) que a inserção de uma etapa para a outra GC A: T ponte realmente diminui a eficiência do transporte de carga, que fornece evidências claras de que guanina estrita hopping não pode descrever de longo alcance DNA mediada por transporte de carga. Assim, é o comprimento de seqüência e bases intervalo entre a realização de unidades de verificar a condutividade, em vez de guanina. No entanto, o papel fundamental das bases guanina não pode ser omitido. É interessante notar que a faixa de corrente diminuiu por um fator de 10 3 consecutivamente com aumento do comprimento de seqüência. Condutividade (σ0) avaliados para SQ1 e SQ2 com gap de Δ = 0,16 e Δ = 0,22 eV foi encontrado para ser 2.4x10 5 e 7.7x10 2 Ω -1 cm -1, respectivamente. Para verificar a condutividade comparativa no gap entre o mesmo SQ1 e SQ2, condutividade foi calculada em Δ = 0,16 eV para SQ2. Foi calculado para ser σ0 = 2.3x10 2 Ω -1 cm -1. Ele não mostra qualquer diferença significativa de condutividade calculada a abertura da faixa de Δ = 0,22 eV. O máximo de impedância [max (Imp)] oferecido por segmentos de DNA SQ1, SQ2 e SQ3 foram um fator de x10 4, 7 x10 e x10 9, respectivamente. Condutividade não foi avaliado para SQ3 como tem mostrado um comportamento de isolamento e alta resistência de 10 Ω 9. A fim de verificar a freqüência de distância de transferência de carga em seqüências SQ1, SQ2 e SQ3, sua análise foi feita. Observou-se que as unidades de condução (GC: CG) são interveio por (A: T ou T: A) n bases [G: C (A: T) nG: C]. Além disso, foi também descobriu que 'n' varia de 1 a 10 com variação de freqüência em SQ1, SQ2 e SQ3. Freqüência de n <6 foi encontrado para ser mais em comparação com a frequência de n> 6. Pisando em tendência de 'A' ou 'T' entre a realização de 'G' unidades foi aumentado consecutivamente com aumento do comprimento. Para determinar o papel de intervir na condutividade bases de DNA, as energias de acoplamento eletrônicos foram calculados para diferentes frequências de bases de intervenção entre as unidades de condução (Tabela 3). Ele mostra que a energia de acoplamento eletrônico é crescente com o aumento no número de A: T pares entre as unidades de condução. Acoplamento eletrônico diminui acentuadamente até n = 3 e aumentar ainda mais em queda acentuada 'n' não é observado. Isso resulta em acoplamento fraco por duas unidades adjacentes a realização causando diminuição da condutividade. O estudo ea discussão sobre os portadores de carga e os efeitos de nucleobase acoplamento eletrônico pode ser insuficiente para tirar conclusões definitivas sobre a distância de transferência de carga, mas serve o propósito de que bases de intervenção entre as unidades de condução de causas mudança significativa na energia do acoplamento eletrônico, que é um ingrediente necessário para transferência de carga. Tabela 2. Energias de acoplamento calculadas para a realização de unidades (G) com bases de intervenção (A). | GAG | -8,539 | -8,488 | 0,051 | G (A) 2 G | -8,564 | -8,465 | 0,099 | G (A) 3 G | -8,572 | -8,455 | 0,117 | G (A) 4 G | -8,575 | -8,450 | 0,125 | G (A) 5 G | -8,576 | -8,448 | 0,128 | G (A) 6 G | -8,576 | -8,447 | 0,128 | G (A) 7 G | -8,576 | -8,444 | 0,132 | G (A) 8 G | -8,576 | -8,443 | 0,133 | G (A) 9 G | -8,576 | -8,442 | 0,134 | G (A) 10 G | -4,938 | -4,804 | 0,134 |
Também é relatado que o aumento do número de (A: T) n (n> 4) não bloqueia a carga para se mover, em vez A: T atua como um portador de carga (18). A Tabela 3 também mostra com o aumento da 'n' de energia de acoplamento 03/01 eletrônica aumenta rapidamente e depois de n = 4 essa tendência diminui. Este resultado pode ser corroborada pelos estudos de Saito et al. (1998) que calculou a energia de ionização para G: C é 7,34 eV, para TAGAT é 6,73 eV, para TTGTT é 6,96 eV (19). Isto indica claramente que as bases adjacentes promover a estabilização, portanto, diminuição na Ip para TAGAT e TTGTT. Isto representa uma média de intervir sequências necessárias para a condutividade de longa distância. No entanto, não é necessário que todo diferenças possível seqüência irá resultar em um mesmo padrão de condutividade. Conclusão No presente caso, a condutividade intrínseca de guanina seqüências ricas de λ-DNA foi encontrado para ser dependente de comprimento. Infere-se da avaliação seqüências e eletrônicos de acoplamento cálculo energias entre duas unidades de condução de que a condutividade de seqüências estudadas foi modificada pela freqüência de bases intermediárias. Número de bases intermediário entre duas unidades condução não é constante ou fixo. Variabilidade das bases de intervenção mostrou-se crescente com o aumento no comprimento da seqüência de DNA. Condutividade DNA não é completamente regido por bases guanina, mas também complementado por 'AT' bases. Média de sequências de intervenção é necessária para a transferência de carga de longa distância. Estes resultados podem fornecer insights sobre o comportamento elétrico de guanina seqüências ricas com diferentes bases de intervenção. Também pode ser útil para modificar a condutividade do nanofio DNA. Reconhecimento Este trabalho foi financiado pelo Departamento de Biotecnologia (DBT) e do Departamento de Ciência e Tecnologia (DST). Os autores são gratos ao Dr. Prakash GETECH de Hyderabad, na Índia para a fabricação de conjunto de microeletrodos. Estamos também gratos ao Sr. AK Shukla e Amit Dr. Sharma para a sua orientação e sugestões valiosas. Um de nós autores (Ram Ajore) graças Conselho de Pesquisa Científica e Industrial (CSIR), Délhi para a prestação de comunhão |
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