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Wissenschaftler Entdecken Wie Tausenden der Bakteriellen Membran-Proteine, die Fähig sind, in Cluster Zusammenzubauen

Published on July 6, 2009 at 8:51 PM

das Selbst-Zusammenbauen und die selforganizing Anlagen sind die Heiligen Grale von Nanotechnologie, aber Natur hat solche Anlagen für Millionen Jahre produziert. Ein Team von Wissenschaftlern hat einen eindeutigen Blick genommen an, wie Tausenden der bakteriellen Membranproteine in der Lage sind, in Cluster zusammenzubauen, die direkte Zellbewegung zu den ausgewählten Chemikalien in ihrer Umgebung. Ihre Ergebnisse stellen wertvollen Einblick in zur Verfügung, wie komplexe periodische Muster in den biologischen Anlagen erzeugt werden und repariert werden können.

Jan. Liphardt, der Körperlichen Biowissenschafts-Abteilung, führte Forschung, die zeigte, wie Tausenden der bakteriellen Membranproteine sind, in Cluster zusammenzubauen, die direkte Zellbewegung zu den ausgewählten Chemikalien in ihrer Umgebung. Nicht nur stellen die Ergebnisse wertvollen Einblick in zur Verfügung, wie komplexe periodische Muster aber Nadelanzeigen in der Fälschung von nanodevices und in der Entwicklung von nanoelectronic Schaltungen auch zur Verfügung stellen konnten.

„Es wird nicht breit geschätzt, dass komplexe periodische Muster von den einfachen Vorrichtungen spontan auftauchen können, aber das ist vermutlich, was hier geschieht,“ sagte Jan. Liphardt, der Biophysiker, der diese Forschung führte.

Liphardt hält eine gemeinsame Verabredung mit Körperlicher die Biowissenschafts-Abteilung Berkeley-Labors und Uc Berkeley Fachbereich Physik an. Er ist der allgemeine Autor eines Papiers jetzt, das online in der Öffentlichen Bibliothek der Wissenschaft berechtigt erhältlich ist: „Selbst-Einteilung des Escherichia- ColiChemotaxis-Netzes Abgebildet mit Super-Auflösung Lichtmikroskopie.“ das Papier mit Liphardt Mit-Schreibend, waren Derek-Greenfield, Ann McEvoy, Hari Shroff, Gavin-Schwindler, Ned Wingreen und Eric Betzig.

Taste zum Überleben einer Zelle ist die Art, in der seine kritischen Bauteile - Proteine, Lipide, Nukleinsäuren, Usw. - angeordnet werden. Damit Zellen vorwärtskommen, die Einteilung dieser Bauteile müssen für ihre jeweiligen Aktivitäten optimiert werden und auch reproduzierbar für folgende Generationen von Zellen. Eukaryoten kennzeichnen eindeutige subzellulare Zellen, wie membrangebundene Organellen und Proteinverkehrssysteme, deren komplexe Einteilung betriebsbereit offensichtlich ist. Jedoch gibt es auch die komplexe räumliche innerhalb der prokaryotischen Zellen, wie Gestänge-förmige Bakterien wie Escherichia Coli gefunden zu werden Einteilung.

„Sie hat blieb ein wenig mysteriös, wie Bakterien in der Lage sind, ihren Innenraum und Membranen zu organisieren und räumlich zu trennen,“ sagte Liphardt. „Zwei Zellen, die biochemisch identisch sind, können sehr unterschiedliches Verhalten, abhängig von ihrer räumlichen Einteilung haben. Mit neuen Technologien wie PALME, sind wir in der Lage, genau zu sehen, wie Zellen organisiert werden und räumliche Einteilung mit biologischer Funktion in Verbindung zu stehen.“

PALME und das Chemotaxis-Netz

In der PALMEN-Technik werden Zielproteine mit Warnschildern beschriftet, die fluoreszieren, wenn sie durch schwaches UV-Licht aktiviert werden. Indem sie die Intensität dieser Leuchte genug niedrig halten, machen Forscher photoactivate Einzelpersonenproteine ein.

„Da einzelne Proteine einzeln abgebildet sind, können wir sie lokalisieren und zählen und dann bauen rechnerisch die Einbauorte aller Proteine in eine Zusammensetzung zusammen, Hochpräzision Bild,“ sagte Liphardt. „Mit anderen Technologien, müssen wir zwischen dem Beobachten von großen Clustern oder dem Beobachten von einzelnen Proteinen wählen. Mit PALME können wir eine Zelle prüfen und einzelne Proteine, Proteindimer und so weiter vollständig bis zu den großen Clustern sehen, die Tausenden Proteine enthalten. Dieses aktiviert uns, die relative Einteilung von einzelnen Proteinen innerhalb der Cluster zu sehen und gleichzeitig zu sehen, wie Cluster werden angeordnet in Bezug auf gegenseitig.“

Liphardt und seine Kollegen wendeten die PALMEN-Technik am E.coli-Chemotaxisnetz von Signalisierenproteinen an, denen die Bewegung der Bakterien in Richtung zu oder weg von Zucker, Aminosäuren und vielen anderen löslichen Molekülen in Erwiderung auf Umweltmarken verweisen Sie. Das E.coli-Chemotaxisnetz ist eins von beste verstanden von allen biologischen Protokollen und ist ein Baumuster für das Studieren der bakteriellen räumlichen Einteilung, weil seine Bauteile eine nonrandom, periodische Verteilung in der Zellmembran anzeigen.

„Chemotaxisproteine bündeln in große sensorische Komplexe, die zu den Polen der bakteriellen Zelle lokalisieren,“ Liphardt sagten. „Wir wollten verstehen, wie diese Cluster sich bilden, welche Bediengeräte ihre Größe und Dichte und wie der zelluläre Einbauort von Clustern robust aufrechterhalten wird, wenn man wächst und teilt Zellen.“

Unter Verwendung der PALME bildeten Liphardt und seine Kollegen die zellulären Einbauorte von drei Proteinen ab, die zum ChemotaxisZeichengabenetz zentral sind - Teer, CheY und Kauen - mit einer Mittelpräzision von 15 nm. Sie fanden, dass Clustergrößen ohne eine Größe verteilt wurden, die ist „Eigenschaft.“ Zum Beispiel waren ein Drittel der Teerproteine ein Teil kleinere seitliche Cluster und nicht der großen polaren Cluster. Analyse der relativen zellulären Einbauorte von mehr als eine Million einzelnen Proteinen von 326 Zellen bestimmte, dass sie nicht aktiv zu den spezifischen Einbauorten in den Zellen verteilt oder befestigt werden, wie gehabt worden angenommen.

„Stattdessen,“ sagte Liphardt, „gelegentliche seitliche Protein Diffusions- und Proteinproteininteraktionen sind vermutlich genügend, die beobachteten komplexen, bestellten Muster zu erzeugen. Diese einfache stochastische Selbstbauvorrichtung, die periodische Zellen in den biologischen Membranen ohne direkte zytoskelettbeteiligung oder aktiven Transport erstellen und beibehalten kann, ist möglicherweise weit verbreitet in prokaryotic und in den Eukaryoten.“

Liphardt und seine Forschungsgruppe wenden jetzt PALME am Signalisieren von Komplexen in den eukaryotic Membranen, um zu sehen an, wie stochastischer Selbstbau in der Natur weit verbreitet ist. Angenommen, biologische Anlagen die Version der Natur der Nanotechnologie, die Vorführung sind, dass stochastischer Selbstbau zum Organisieren von Tausenden Proteinen in komplexes und reproduzierbares Mustergriffversprechen für eine große Auswahl von Anwendungen in der Nanotechnologie, einschließlich die Fälschung von nanodevices und die Entwicklung von nanoelectronic Schaltungen fähig ist.

Diese Arbeit wurde durch die US-Abteilung des Büros der Energie der Wissenschaft, des Energie-Biowissenschafts-Programms, des Sloan und der Searle-Basen und der Nationalen Institute von Gesundheitsbewilligungen finanziert.

Berkeley-Labor ist ein US-Energieministeriumnationales laboratorium, das in Berkeley, Kalifornien gelegen ist. Es leitet nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung und wird von University of California gehandhabt. Besichtigen Sie unsere Website bei www.lbl.gov

Last Update: 14. January 2012 01:40

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