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Os Cientistas Descobrem Como Milhares de Proteínas Bacterianas da Membrana Capazes De Montar em Conjuntos

Published on July 6, 2009 at 8:51 PM

os sistemas Auto-Montando e selforganizing são os Santos Graal da nanotecnologia, mas a natureza tem produzido tais sistemas para milhões de anos. Uma equipe dos cientistas olhou original como os milhares de proteínas bacterianas da membrana podem montar nos conjuntos que movimento directo da pilha aos produtos químicos seletos em seu ambiente. Seus resultados fornecem a introspecção valiosa em como os testes padrões periódicos complexos em sistemas biológicos podem ser gerados e reparado.

Janeiro Liphardt, da Divisão Física das Ciências Biológicas, conduziu a pesquisa que mostrou como os milhares de proteínas bacterianas da membrana podem montar nos conjuntos que movimento directo da pilha aos produtos químicos seletos em seu ambiente. Não somente os resultados fornecem a introspecção valiosa em como os testes padrões periódicos complexos mas poderiam igualmente fornecer ponteiros na fabricação dos nanodevices e na revelação de circuitos nanoelectronic.

“Não se aprecia extensamente que os testes padrões periódicos complexos podem espontâneamente emergir dos mecanismos simples, mas aquele é provavelmente o que está acontecendo aqui,” disse Janeiro Liphardt, biofísico que conduziu esta pesquisa.

Liphardt guardara uma nomeação comum com Divisão das Ciências Biológicas do Laboratório de Berkeley e Departamento de Física Físicos de Uc Berkeley. É o autor principal de um papel agora disponível em linha na Biblioteca Pública da Ciência autorizada: “Auto-Organização da Rede do Chemotaxis de Escherichia Coli Imaged com Fotomicroscopia Da Super-Definição.” Co-Sendo o autor do papel com Liphardt eram Greenfield de Derek, Ann McEvoy, Hari Shroff, Trapaceiros de Gavin, Ned Wingreen e Eric Betzig.

A Chave à sobrevivência de uma pilha é a maneira em que seus componentes críticos - proteínas, lipidos, ácidos nucleicos, Etc. - são arranjados. Para Que as pilhas prosperem, a organização destes componentes deve ser aperfeiçoada para suas actividades respectivas e também reprodutível para gerações de êxito de pilhas. As pilhas Eucarióticas caracterizam estruturas subcelulares distintas, tais como os organelles do membrana-limite e os sistemas de transporte da proteína, cuja a organização complexa é facilmente perceptível. Contudo, há igualmente uma organização espacial complexa a ser encontrada dentro das pilhas prokaryotic, tais como as bactérias haste-dadas forma como Escherichia Coli.

“Tem permaneceu um tanto misterioso como as bactérias podem organizar e segregar espacial seus interiores e membranas,” disse Liphardt. “Duas pilhas que são bioquìmica idênticas podem ter comportamentos muito diferentes, segundo sua organização espacial. Com novas tecnologias tais como a PALMA, nós podemos ver exactamente como as pilhas são organizadas e relacionar a organização espacial com função biológica.”

PALMA e a Rede do Chemotaxis

Na técnica da PALMA, as proteínas do alvo são etiquetadas com etiquetas que brilham quando ativadas pela luz ultravioleta fraca. Mantendo a intensidade desta luz suficientemente baixa, os pesquisadores enlatam proteínas do indivíduo do photoactivate.

“Desde Que as proteínas individuais são imaged um de cada vez, nós podemos localizá-las e contar, e então montamos computacionalmente os lugar de todas as proteínas em um composto, imagem da elevada precisão,” disse Liphardt. “Com outras tecnologias, nós temos que escolher entre a observação de grandes conjuntos ou a observação de únicas proteínas. Com PALMA, nós podemos examinar uma pilha e ver únicas proteínas, dímero da proteína, e assim por diante, toda a maneira até os grandes conjuntos que contêm milhares de proteínas. Isto permite-nos de ver a organização relativa de proteínas individuais dentro dos conjuntos e ao mesmo tempo de ver como os conjuntos são arranjados no que diz respeito ao um-outro.”

Liphardt e seus colegas aplicaram a técnica da PALMA à rede do chemotaxis de E.coli das proteínas da sinalização, que dirija o movimento das bactérias para ou longe dos açúcares, dos ácidos aminados, e de muitas outras moléculas solúveis em resposta às sugestões ambientais. A rede do chemotaxis de E.coli é um do melhor-compreendido de todos os sistemas de sinalização biológicos e é um modelo para estudar a organização espacial bacteriana porque seus componentes indicam uma distribuição nonrandom, periódica na membrana de pilha.

Do “as proteínas Chemotaxis aglomeram-se nos grandes complexos sensoriais que localizam aos pólos da pilha bacteriana,” Liphardt disseram. “Nós quisemos compreender como estes conjuntos formam, que controles seus tamanho e densidade, e como o lugar celular dos conjuntos é mantido robusta em crescer e em dividir pilhas.”

Usando a PALMA, Liphardt e seus colegas traçaram os lugar celulares de três proteínas centrais à rede de sinalização do chemotaxis - Alcatrão, CheY e Mastigação - com uma precisão média de 15 nanômetros. Encontraram que os tamanhos do conjunto estiveram distribuídos sem um tamanho que é “característica.” Por exemplo, um terço das proteínas do Alcatrão era parte de conjuntos laterais menores e não dos grandes conjuntos polares. A Análise dos lugar celulares relativos de mais de um milhão de proteínas individuais de 326 pilhas determinou que não estão distribuídos nem não estão anexados activamente aos lugar específicos nas pilhas, como tido supor.

“Pelo Contrário,” disse Liphardt, “as interacções laterais aleatórias da difusão e da proteína-proteína da proteína são provavelmente suficientes para gerar os testes padrões complexos, pedidos observados. Este mecanismo estocástico simples do auto-conjunto, que pode criar e manter estruturas periódicas nas membranas biológicas sem participação cytoskeletal directa ou transporte activo, pode provar ser difundido em pilhas prokaryotic e eucarióticas.”

Liphardt e seu grupo de investigação estão aplicando agora a PALMA a sinalizar complexos nas membranas eucarióticas para ver como difundido é o auto-conjunto estocástico na natureza. Dado que os sistemas biológicos são a versão da natureza da nanotecnologia, a demonstração que o auto-conjunto estocástico é capaz de organizar milhares de proteínas na promessa complexa e reprodutível das posses dos testes padrões para uma vasta gama de aplicações na nanotecnologia, incluindo a fabricação dos nanodevices e a revelação de circuitos nanoelectronic.

Este trabalho foi financiado pelo Ministério de E.U. do Escritório da Energia da Ciência, o Programa das Ciências Biológicas da Energia, o Sloan e as Fundações de Searle, e Institutos Nacionais de concessões da Saúde.

O Laboratório de Berkeley é um Ministério de E.U. do laboratório nacional de Energia situado em Berkeley, Califórnia. Conduz investigação científica não classificada e é controlado pela Universidade Da California. Visite nosso Web Site em www.lbl.gov

Last Update: 13. January 2012 22:33

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