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DOI : 10.2240/azojono0118

Características Actuais da Tensão das Seqüências λ-ADN Ricas da Guanina Intrínseca

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

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Submetido: 17 de agosto de 2007th

Afixado: 7 de novembro de 2007th

Assuntos Cobertos

Sumário

Fundo

Material e Métodos

Resultados

Acoplamento Eletrônico

Discussão

Conclusão

Reconhecimento

Referências

Detalhes do Contacto

Sumário

No manuscrito actual, as medidas da actual-tensão (IV) de seqüências ricas encalhadas dobro da guanina de λ-ADN foram relatadas. Estas seqüências mostram a condutibilidade do dependente do comprimento. O ADN da Condutibilidade (σ0) do comprimento, L = 0,6494 x 10-4 (bp 1910), 1 x 10-4 (2947 bp) e 1,3498 x 10-4 cm (3970 bp) foi encontrado para ser 2,4 x 105, 7,7 x 102 Ωcm-1-1 e comportamento do isolador, respectivamente. A caracterização IV do ADN imobilizado foi feita nos microelétrodos do ouro fabricados pela ablação do laser usando o Tweezer Óptico da potência 0,66 mW. A avaliação da distância de transferência de Carga de seqüências ricas da guanina intrínseca mostra a freqüência crescente de bases de intervenção entre unidades de condução com aumento de comprimento. Os Resultados do estudo actual podem ser úteis para verificar o comportamento dos nanowires com distância de variação de transferência de carga

Fundo

Os estudos Biológicos e físicos na estrutura do ADN revelaram o interesse considerável nas propriedades eletrônicas de ADN (1). A Formação de lesões do ADN em conseqüência dos estudos do efeito de radiação e do potencial de ionização de bases nitrogenous do ADN seguiu pesquisadores para a eletrônica do ADN (2).  Além de possuir bases ricas do π-elétron necessário para a condutibilidade, o ADN igualmente possui dimensões da nano-escala para a nano-eletrônica (3, 4).  Estas propriedades fazem a ADN um material prometedor para a eletrônica molecular.  As propriedades Elétricas do ADN estão sendo estudadas com o objectivo de produzir dispositivos do nanoscale tais como o fio molecular (5, 6).

A caracterização IV foi implicada Mais Cedo pelos estudos photoinduced de transferência de carga (7), visto que os estudos recentes se centraram em medidas elétricas directas.  As medidas da condutibilidade elétrica renderam experimental ambíguo e os resultados teóricos, pronunciando o ADN possuem uma vasta gama de comportamentos. Os Pesquisadores estudaram as características IV do genoma completo do λ-bacteriófago e sintetizaram quimicamente oligos até 30 bp (8, 9). A caracterização IV do ADN natural reune as regiões ricas da baixa e guanina alta separadas por seqüências de intervenção. As Seqüências com índice rico da guanina têm o potencial alto para o nanowire futuro, porque a guanina está tendo o mais baixo potencial da oxidação entre quatro bases que constituem a seqüência do ADN (10). Não mais literatura foi relatada para IV características de seqüências intrínsecas ricas da guanina do λ-bacteriófago.

Este relatório do estudo nas medidas IV directas do dobro encalhou as seqüências λ-ADN ricas da guanina intrínseca. Três regiões ricas da guanina foram seleccionadas para este estudo de modo que o comportamento elétrico do nanowire do ADN não devesse ser afetado em conseqüência do baixo índice da guanina. Estas seqüências intrínsecas do tamanho diferente foram sintetizadas pela Reacção em Cadeia da Polimerase (PCR) usando primeiras demão thiolated específicas.

Material e Métodos

(5' extremidades) as primeiras demão Thiolated Específicas Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) e Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) foram decididas no programa do corredor 3,05 do Gene por GC% de traço contra a seqüência λ-ADN (48502 bp). As Primeiras demão foram sintetizadas e obtidas de Bio Princípios Inc., Canadá. A Normalização de condições da amplificação para as primeiras demão específicas (Pr1, Pr2 & Pr3) foi feita no cycler do Inclinação da Pesquisa do MJ (PTC-200). Os grupos de circunstâncias Diferentes foram usados, de modo que a amplificação máxima pudesse ser obtida. As condições As Melhores da amplificação obtidas eram 560C, 560C e 550C e de Magnésio de 1,5 milímetros-+ íon concentrado. Λ-ADN foi usado enquanto molde a fim amplificar o fragmento 1910 de bp (0,6494 x 10-4 cm), 2947 bp (1 x 10-4 cm) e 3970 bp (1,3498 x 10-4 cm). O PCR sintetizou seqüências ricas da guanina (SQ1 = bp 1910; SQ2 = 2947 bp; SQ3 = 3970 bp) foram refinados usando o jogo da Purificação do PCR de Nucleotrap. Um procedimento para fabricar o eléctrodo do ouro com afastamento 0,6, o μm 1,0 e 1,3 tinha sido descrito em outra parte (11). Em breve, os Microelétrodos foram fabricados (30 nanômetro) na bolacha de vidro revestida ouro usando o Tweezer Óptico Com o Sistema de Combi da Dissecção do Microlaser. O Ouro foi retirado aplicando Uv-laser (λ-337 nanômetro) da duração do pulso de 4 ns com energia do µJ 20 e potência média de 0,66 mW. Os Eléctrodos foram limpados com a solução da piranha [HSO24: HO22:  3:1 (v/v)] como mencionado mais cedo (12).

Uma gota (0,2 μl) das amostras preparadas do ADN (SQ1, SQ2 & SQ3) foi introduzida com pipeta para fora sobre os eléctrodos fisicamente separados para sua imobilização para estabelecer a fiação do inter-elemento. Foi incubada por um período de 16 horas e lavada então completamente com água destilada deionized. Eventualmente, era nitrogênio secado e IV caracterizado na estação da ponta de prova do desktop pelo signatone anexada com a Hewlett-Packard HP4155A, Analisador do Parâmetro do Semicondutor que tem uma resistência interna de ≥1013 W e definição actual de 10 fá. Λ-ADN foi imobilizado como mencionado mais cedo (12). Todos Os produtos químicos e enzimas da categoria da biologia molecular foram obtidos do gene de Q.BIO; BIO BASIC INC., Canadá; USBIOLOGICAL, EUA; O Sigma Aldrich, EUA e PERFURA, EUA. Todas As soluções foram preparadas (18 MΩ) na água ultra pura destilada deionized (sistema de ELGA Purelab ultra). As Amostras foram preparadas na água deionized para excluir o papel do efeito contrário do íon na condutibilidade do ADN. O Magnésio e outros íons inorgánicos biológicos não foram adicionados como elas bases soltos de ADN e de RNA (13).

Resultados

IV Medidas: O PCR sintetizou guanina-rico (SQ1, SQ2 e SQ3) e as seqüências λ-ADN foram imobilizadas entre os micro eléctrodos. A quantidade de ADN entre os eléctrodos foi calculada para ser ng do ~ 1-4 x-1 10 para SQ1, SQ2 e SQ3 e ng do ~ 4,0 x-2 10 para λ-ADN. A característica elétrica Isotropic foi observada em cada caso. Daqui, a estrutura do ADN está provavelmente no estado amorfo isto é distribuído aleatòria (14). Para assegurar-se de que a condutibilidade observada fosse devido ao ADN e não devido a toda a contaminação, as experiências controladas foram executadas. Os Eléctrodos com ADN imobilizado foram incubados por 30 minutos em uma solução que contem o DNase-Eu. Esta enzima corta especificamente o ADN encalhado dobro. A caracterização IV do eléctrodo tratado DNase mostra não actual. Isto assegura a presença de ADN entre os eléctrodos. Em uma outra experiência de controle, os eléctrodos foram dados o tratamento do microlaser em vez do DNase, outra vez o resultado eram mesmos. O tipo das características obteve a regra para fora o papel de efeitos contrários dos íons. Não se espera conduzir à queda afiada na condução se há um efeito dos íons do contador (Figo. 1D). O factor o mais aceitado pode contribuir à condutibilidade ao longo da hélice dobro do ADN é devido ao íon contrário móvel do filme fino da água. Quando os íons contrários móveis puderem contribuir à condutibilidade na temperatura ambiente, a secagem do nitrogênio das amostras antes da medida de execução da condutibilidade e o afiados caem para baixo na condutibilidade com regras crescentes do comprimento para fora para seu papel significativo.

Figura 1. características IV de seqüências intrínsecas de λ-ADN. Um λ-ADN, um B-SQ1, um C-SQ2 e um D-SQ3.

Figura 1 compara as características IV de λ-ADN, de SQ1, de SQ2 e de SQ3 em -1 a +1V. A Corrente foi medida na polaridade normal e reversa (N/R), características isotropic foram observados. As varreduras da Tensão foram executadas no negativo ao sentido positivo e a estrutura fina assim como a forma total dos dados são espelhadas em torno da polarização zero para ascendente comparado para baixo às varreduras. A Média de três medidas para cada caso é mostrada em Figura 1 e a avaliação foi relatada na Tabela 1 para SQ1, SQ2 e SQ3.

Condições e resultados da medida IV da Tabela 1. para SQ1, SQ2 e SQ3.

Seqüências

Tensão do Teste (v)

Espaçar de Gap

Polaridade

Diferença de Energia

Média
Máximo (i)

Média
Máximo (Travesso.)

SQ1
(bp 1910)

-1 a +1

0,6 μm

N/R

eV do ~ 0,16

6,20 x 10-5 A

1,61 x 104 Ω

SQ2
(2947 bp)

-1 a +1

μm 1,0

N/R

eV do ~ 0,22

3,23 x 10-8 A

3.09x 107 Ω

SQ3
(3970 bp)

-1 a +1

μm 1,3

N/R

eV do ~ 0,02

1,37 x 10-10 A

7,29 x 109 Ω

A corrente na escala do pA foi observada Muito baixo para λ-ADN (Figo. 1A). SQ1 e SQ2 são pronunciada não-lineares, com uma diferença de faixa até o eV ~0,16 e ~0,22, além de que o fluxo actual importante ocorre (Figo 1B & C). A escala Actual nA 10 do μA e 10 foi observada para SQ1 e SQ2, respectivamente. SQ3 mostra o comportamento quase similar como em caso de λ-ADN com uma diferença de faixa de 0,02 eV e correntes na escala do pA 10 (Figo. 1D).

Acoplamento Eletrônico

A energia Eletrônica do acoplamento é um ingrediente importante para todos os modelos que descrevem a condutibilidade do ADN. Presentemente, calculou-se usando únicos cálculos do ponto do G neutro: C (A: NG de T): C no B3LYP/6-31G (d, p) geometria usando a negligência intermediária semi empírica da sobreposição diferencial (INDO) Hamiltonian. A distância (r) entre a distância baixa dos pares isto é entre partes aromáticas membradas dobro na terceira dimensão foi mantido constante como em caso de B-DNA é 3,38 Å. Eventualmente, as energias eletrônicas do acoplamento para transferência do furo foram obtidas das energias do HOMO, e de HOMO-1 da pilha de pares baixos, obtida com o INDO Hamiltonian na geometria aperfeiçoada DFT/B3LYP (15, 16). As Geometria das bases e os pares da base em B-DNA foram criados usando os moldes para ácidos nucleicos do campo de força AMBARINO como executados em HYPERCHEM. A espinha dorsal do açúcar-fosfato foi removida e o hidrogênio foi adicionado em comprimentos bond padrão. Os pares Baixos afastam-se e o ângulo entre os planos de dois pares baixos foi mantido 3,38 Å e 36, respectivamente0.

Discussão

A corrente na escala do pA foi observada Muito baixo para λ-ADN. Isto pode ser atribuído à baixa tensão do ponto inicial, enquanto o valor significativo da corrente foi incorrido para SQ1 e SQ2 em -1 a +1 V. Actual na escala nA 10 do μA e 10 foi mostrado por SQ1 e por SQ2, respectivamente. Muito no primeiro instante, esta observação pode ser devido à riqueza da guanina das seqüências como as seqüências selecionadas eram de regiões dos ricos da guanina. Por outro lado SQ3 mostrou a escala muito dissimilar de pA i.e.10 actual. Esta escala actual é muito próxima à escala actual observada para λ-ADN (Fig.1D). Mesmo que, a diferença de faixa fosse menos para SQ3 em relação a SQ1 e a SQ2 (Table1), a corrente importante não foi observada. A guanina da Porcentagem em três seqüências intrínsecas de λ-ADN é o ~ 58% e em λ-ADN é o ~ 49%. A porcentagem do GC foi calculada no que diz respeito ao comprimento da perspectiva das seqüências do ADN usadas. Mais Cedo, sugeriu-se (17) essa inserção de uma etapa do GC de outra maneira no A: A ponte de T diminui realmente a eficiência do transporte da carga, que fornece a evidência clara que a lupulagem restrita da guanina não pode descrever o transporte ADN-negociado de longo alcance da carga. Assim, é as bases do comprimento e da intervenção da seqüência entre as unidades de condução que verificam a condutibilidade um pouco do que a guanina. Contudo, o papel imperativo de bases da guanina não pode ser omitido.  É interessante notar que a escala actual diminuiu por um factor de 10 com3 consecutivamente aumenta em ordem o comprimento. A Condutibilidade (σ0) avaliada para SQ1 e SQ2 com diferença de faixa de Δ=0.16 e Δ= 0,22 eV foi encontrada para ser 2.4x105 e 7.7x10 Ωcm2,-1 respectivamente-1. Para verificar a condutibilidade comparativa na mesma diferença de faixa entre SQ1 e SQ2, a condutibilidade foi calculada no eV Δ=0.16 para SQ2. Calculou-se para ser σ0 = 2.3x10 Ωcm2.-1 -1Não mostra nenhuma diferença significativa da condutibilidade calculada na diferença de faixa de Δ= 0,22 eV. A impedância máxima [máxima (Imp)] oferecida pelo ADN segmenta SQ1, SQ2 e SQ3 eram um factor de x10, x104 e7 x10, respectivamente9. A Condutibilidade não foi avaliada para SQ3 como mostrou o comportamento de isolamento e uma resistência alta de 10 Ω9.

A fim verificar a freqüência da distância de transferência de carga em SQ1, as seqüências SQ2 e SQ3, sua análise foram feitas. Observou-se que unidades de condução (GC: O CG) é pisado dentro perto (A: T ou T: Bases de A) n [G: C (A: NG de T): C]. Além Disso, igualmente encontrou-se que o ` n' varia 1 a 10 com freqüência de variação em SQ1, em SQ2 e em SQ3. A Freqüência de n < 6 foi encontrada para ser mais em relação à freqüência de n > 6. Pisar na tendência do ` A' ou o ` T' entre o ` de condução G das unidades' foi aumentado consecutivamente com aumento de comprimento. Para verificar o papel de bases de intervenção na condutibilidade do ADN, as energias eletrônicas do acoplamento foram calculadas para a freqüência diferente de bases de intervenção entre unidades de condução (Tabela 3).  Mostra que a energia eletrônica do acoplamento está aumentando com aumento em número de A: Pares de T entre unidades de condução. O acoplamento Eletrônico diminui agudamente até n = 3 e um aumento mais ulterior queda afiada do ` em n' não é observado.  Isto conduz ao acoplamento fraco para duas unidades de condução adjacentes que causam a diminuição na condutibilidade.  O estudo e a discussão sobre os portador de carga e o efeito do acoplamento eletrônico do nucleobase podem ser insuficientes para tirar conclusões firmes sobre a distância de transferência de carga mas serve a finalidade que intervir bases entre unidades de condução causa a mudança significativa na energia eletrônica do acoplamento que é um ingrediente necessário para transferência de carga.

Energias de Acoplamento da Tabela 2. calculadas para as unidades de condução (g) com bases de intervenção (a).

Seqüência (n)
[G: C (A: NG de T): C]

HOMO-1 (eV)

HOMO (eV)

H- (H-1) (eV)

MORDAÇA

-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

Igualmente relata-se que número crescente de (A: T) n (n>4) não obstrui a carga para mover-se, um pouco A: T actua como um portador de carga (18). A Tabela 3 igualmente mostra com aumento no ` n' de 1-3 aumentos eletrônicos da energia do acoplamento agudamente e depois que n = 4 que tal tendência diminui. Este resultado pode mais ser corroborado pelos estudos de Saito e outros (1998) quem calcularam a energia de ionização para G: C é o eV 7,34, porque TAGAT é o eV 6,73, porque TTGTT é o eV 6,96 (19). Isto indica claramente que as bases adjacentes promovem a diminuição da estabilização daqui no IP para TAGAT e TTGTT.  Isto explica cálculo da média das seqüências de intervenção necessárias para a condutibilidade interurbana. Contudo, não é necessário que as diferenças possíveis de cada seqüência conduzirão ao mesmo teste padrão da condutibilidade.

Conclusão

No caso actual, a condutibilidade de seqüências ricas da guanina intrínseca de λ-ADN foi encontrada para estar a um comprimento dependente. Pressupor da avaliação das seqüências e do cálculo eletrônico das energias do acoplamento entre duas unidades de condução que a condutibilidade de seqüências estudadas estêve alterada pela freqüência de bases de intervenção.  O Número de bases de intervenção entre a unidade dois de condução não é constante ou fixo. A Variabilidade de bases de intervenção foi encontrada aumentar com aumento do comprimento da seqüência do ADN. A condutibilidade do ADN não é governada completamente por bases da guanina mas é complementada igualmente pelo `' Em bases. O Cálculo Da Média de seqüências de intervenção é necessário para transferência de carga interurbana. Estes resultados podem fornecer introspecções no comportamento elétrico de seqüências ricas da guanina as bases de intervenção de variação. Pode igualmente ser útil em alterar a condutibilidade do nanowire do ADN.

Reconhecimento

Este trabalho foi apoiado pelo Departamento da Biotecnologia (DBT) e pelo Departamento da Ciência e da Tecnologia (DST). Os Autores são gratos ao Dr. Prakash de GETECH Hyderabad, Índia para a fabricação da disposição do microelétrodo. Nós somos igualmente gratos ao Sr. A.K. Shukla e ao Dr. Amit Sharma para suas orientação e sugestões valiosas. Um de nós autores (Ram Ajore) agradece ao Conselho da Pesquisa Científica e Industrial (CSIR), Deli para fornecer a bolsa de estudo

Referências

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Detalhes do Contacto

Ram Ajore, Inderpreet Kaur, Lalit M. Bharadwaj

Divisão Biomolecular da Eletrônica e da Nanotecnologia (CURVATURA)
Organização Central dos Instrumentos Científicos (CSIO)
Sector-30C, Chandigarh
Índia

Telefone: +91-172-2657811 482 Exteriores, 452
+91-172-2656285

Fax: +91-172-2657267

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

R.C.Sobti

Departamento da Biotecnologia, Universidade de Panjab
Sector-14, Chandigarh
Índia

Date Added: Nov 8, 2007 | Updated: Jun 3, 2015

Last Update: 3. June 2015 07:46

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