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Posted in | Nanoelectronics

Gli Scienziati Scoprono Come Migliaia di Proteine Batteriche della Membrana Capaci Di Montare nei Cluster

Published on July 6, 2009 at 8:51 PM

il Auto-Montaggio ed i sistemi ad organizzazione autonoma sono i Sacri Graal di nanotecnologia, ma la natura sta producendo tali sistemi per milioni di anni. Un gruppo degli scienziati ha dato un'occhiata unica a come migliaia di proteine batteriche della membrana possono montare nei cluster che movimento diretto delle cellule ai prodotti chimici selezionati nel loro ambiente. I Loro risultati forniscono la comprensione apprezzata in come i reticoli periodici complessi nei sistemi biologici possono essere generati e riparati.

Gennaio Liphardt, della Divisione Fisica di Scienze Biologiche, piombo la ricerca che ha mostrato come migliaia di proteine batteriche della membrana possono montare nei cluster che movimento diretto delle cellule ai prodotti chimici selezionati nel loro ambiente. Non solo i risultati forniscono la comprensione apprezzata in come i reticoli periodici complessi ma potrebbero anche fornire i puntatori nel montaggio dei nanodevices e nello sviluppo dei circuiti nanoelectronic.

“Ampiamente non è apprezzato che i reticoli periodici complessi possano emergere spontaneamente dai meccanismi semplici, ma quello è probabilmente che cosa sta accadendo qui,„ ha detto Gennaio Liphardt, il biofisico che piombo questa ricerca.

Liphardt tiene una nomina unita con Divisione delle Scienze Biologiche del Laboratorio di Berkeley ed il Dipartimento di Fisica Fisici di Uc Berkeley. Ora è l'autore principale di un documento disponibile online nella Biblioteca Pubblica Di Scienza avente diritto: “Auto-Organizzazione della Rete di Chemiotassi di Escherichia coli Imaged con Microscopia Leggera di Super-Risoluzione.„ Co-Creando il documento con Liphardt erano Greenfield di Derek, Ann McEvoy, Hari Shroff, Truffatori di Gavin, Ned Wingreen ed Eric Betzig.

Il Tasto alla sopravvivenza delle cellule è il modo in cui le sue componenti critiche - proteine, lipidi, acidi nucleici, Ecc. - sono sistemate. Affinchè le celle prosperi, l'organizzazione di queste componenti deve essere ottimizzata per le loro rispettive attività ed anche riproducibile per le generazioni successive di celle. Le celle Eucariotiche caratterizzano le strutture sottocellulari distinte, quali a organelli ed ai i sistemi di trasporto diretti a membrana della proteina, di cui l'organizzazione complessa è prontamente evidente. Tuttavia, c'è egualmente l'organizzazione spaziale complessa da trovare all'interno delle celle prokaryotic, quali i batteri a forma di bastoncino come Escherichia coli.

“Ha è rimanere in qualche modo misterioso come i batteri possono organizzare e nello spazio segregare i loro interni e membrane,„ ha detto Liphardt. “Due celle che sono biochimicamente identiche possono avere comportamenti molto differenti, secondo la loro organizzazione spaziale. Con le nuove tecnologie quale la PALMA, possiamo vedere esattamente come le celle sono organizzate e collegare l'organizzazione spaziale con la funzione biologica.„

PALMA e la Rete di Chemiotassi

Nella tecnica della PALMA, le proteine bersaglio sono contrassegnate con i tag che sono flourescenti una volta attivati da luce ultravioletta debole. Tenendo l'intensità di questo indicatore luminoso sufficiente bassa, i ricercatori inscatolano le proteine della persona del photoactivate.

“Poiché le diverse proteine sono imaged uno alla volta, possiamo localizzarli e contare e poi informaticamente montiamo le posizioni di tutte le proteine in un composito, immagine di alta precisione,„ ha detto Liphardt. “Con altre tecnologie, dobbiamo scegliere fra l'osservazione dei cluster grandi o l'osservazione delle proteine singole. Con la PALMA, possiamo esaminare una cella e vedere le singole proteine, dimeri della proteina, e così via, tutto il modo fino ai grandi cluster che contengono migliaia di proteine. Ciò ci permette di vedere l'organizzazione relativa di diverse proteine all'interno dei cluster ed allo stesso tempo di vedere come i cluster sono sistemati riguardo all'un-un altro.„

Liphardt ed i suoi colleghi hanno applicato la tecnica della PALMA alla rete di chemiotassi di E.coli delle proteine di segnalazione, cui diriga il movimento dei batteri verso o a partire dagli zuccheri, dagli amminoacidi e da molte altre molecole solubili in risposta alle indicazioni ambientali. La rete di chemiotassi di E.coli è una del migliore capito di tutti i sistemi di segnalazione biologici ed è un modello per lo studio dell'organizzazione spaziale batterica perché le sue componenti video una distribuzione nonrandom e periodica della membrana cellulare.

“Le proteine di Chemiotassi ragruppano nei grandi complessi sensoriali che localizzano ai pali della cella batterica,„ Liphardt hanno detto. “Abbiamo voluto capire come questi cluster si formano, che comandi la loro dimensione e densità e come la posizione cellulare dei cluster robusto è mantenuta nella coltura e nella divisione delle celle.„

Facendo Uso della PALMA, Liphardt ed i suoi colleghi hanno mappato le posizioni cellulari di tre proteine centrali alla rete di segnalazione di chemiotassi - Catrame, CheY e Masticazione - con una precisione media di 15 nanometri. Hanno trovato che le dimensioni del cluster si sono distribuite senza una dimensione che è “caratteristica.„ Per esempio, un terzo delle proteine del Catrame fa parte di più piccoli cluster laterali e non di grandi cluster polari. L'Analisi delle posizioni cellulari relative di più di un milione di diverse proteine da 326 celle ha determinato che attivamente non si distribuiscono o non fissati alle posizioni specifiche in celle, come avuto supposto.

“Invece,„ ha detto Liphardt, “le interazioni laterali casuali della diffusione e della proteina-proteina della proteina sono probabilmente sufficienti per generare i reticoli complessi e ordinati osservati. Questo meccanismo stocastico semplice dell'auto-assembly, che può creare e mantenere le strutture periodiche in membrane biologiche senza partecipazione citoscheletrica diretta o trasporto attivo, può risultare essere diffuso in sia celle prokaryotic che eucariotiche.„

Liphardt ed il suo gruppo di ricerca ora stanno applicando la PALMA a segnalare i complessi in membrane eucariotiche per vedere quanto diffuso è l'auto-assembly stocastico in natura. Poichè i sistemi biologici sono la versione della natura di nanotecnologia, la dimostrazione che l'auto-assembly stocastico è capace dell'organizzazione delle migliaia di proteine nella promessa complessa e riproducibile delle tenute dei reticoli per una vasta gamma di applicazioni in nanotecnologia, compreso il montaggio dei nanodevices e lo sviluppo dei circuiti nanoelectronic.

Questo lavoro è stato costituito un fondo per dal Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti l'Ufficio Di Scienza, Programma di Scienze Biologiche di Energia, Sloan e le Fondamenta di Searle ed Istituti Nazionali delle concessioni di Salubrità.

Il Laboratorio di Berkeley è un Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il laboratorio nazionale Situato in Berkeley, la California. Conduce la ricerca scientifica non classificata ed è gestito dall'Università di California. Visualizzi il nostro Sito Web a www.lbl.gov

Last Update: 14. January 2012 01:02

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