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Posted in | Bionanotechnology

Mechanische Regelung von Chemischen Reaktionen Unter Verwendung der Nanotechnologie

Published on September 18, 2010 at 12:47 AM

UCLA-Physiker haben einen beträchtlichen Schritt unternommen, wenn sie mechanisch chemische Reaktionen steuerten, berichten ein wichtiger Fortschritts- in der Nanotechnologie, UCLA-Physikprofessor Giovanni Zocchi und Kollegen.

Chemische Reaktionen in der Zelle werden durch Enzyme katalysiert, die Proteinmoleküle sind, die Reaktionen beschleunigen. Jedes Protein katalysiert eine spezifische Reaktion. In einer chemischen Reaktion stoßen zwei Moleküle zusammen und tauschen Atome aus; das Enzym ist die Drittpartei, die „Hebamme zur Reaktion.“

Aber die Moleküle müssen auf eine bestimmte Art zusammenstoßen, damit die Reaktion auftritt. Das Enzym bindet an die Moleküle und zeichnet sie oben und erzwingt sie, um auf die „rechte“ Art zusammenzustoßen, so die Wahrscheinlichkeit, dass die Moleküle Atome ist viel höher austauschen.

„Anstatt, gerade zu überwachen, was die Moleküle tun, können wir sie mechanisch stoßen,“ sagte Zocchi, den älteren Autor der Forschung.

Um dieses zu tun, befestigten Zocchi und seine Studenten im Aufbaustudium, Chiao-Yu Tseng und Andrew Wang, eine kontrollierbare molekulare Feder, die von DNS zum Enzym hergestellt wurde. Die Feder ist ungefähr 10.000mal kleiner als der Durchmesser eines Menschenhaars. Sie können das Enzym mechanisch ein und abstellen und steuern, wie schnell die chemische Reaktion auftritt. In ihrer neuesten Forschung befestigten sie die molekulare Feder bei drei verschiedenen Einbauorten auf dem Enzym und waren in der Lage, verschiedene spezifische Schritte der Reaktion mechanisch zu beeinflussen.

Sie veröffentlichten ihre Forschung in den Zapfen Europhysics-Schreiben, eine Veröffentlichung der Europäischen Körperlichen Gesellschaft, im Juli.

„Wir haben das Enzym auf unterschiedliche Arten betont,“ sagte Zocchi. „Wir können den Effekt auf die chemische Reaktion der Betonung des Moleküls messen auf diese Weise oder so. Die Betonung des Moleküls in den verschiedenen Einbauorten produziert verschiedene Antworten. Wenn Sie die molekulare Feder in einem Platz befestigen, geschieht nichts viel der chemischen Reaktion, aber Sie befestigen sie zu einem anderen Platz und Sie beeinflussen einen Schritt in der chemischen Reaktion. Dann befestigen Sie sie zu einem drittplatzierten und beeinflussen einen anderen Schritt in dieser chemischen Reaktion.“

Zocchi, Tseng und Wang studierten die Kinetik der chemischen Reaktionen und berichteten, dass ausführlich, über was den Schritten der Reaktionen als sie geschah, mechanische Belastung am Enzym an den verschiedenen Plätzen anwendete.

„Stehend auf den Schultern von 50 Jahren strukturellen Studien von Proteinen, betrachteten wir über der strukturellen Beschreibung hinaus der Dynamik, speziell die Frage von, welchen Kräften haben Sie - und angewendet wo - welcher Effekt auf die Reaktionsgeschwindigkeiten,“ sagte Zocchi.

In einem in Verbindung stehenden zweiten Papier kamen Zocchi und seine Kollegen zu einer überraschenden Schlussfolgerung, wenn sie ein althergebrachtes Physikpuzzlespiel lösten.

Wenn man einen geraden Baumast oder ein gerades Gestänge verbiegt, indem es longitudinal es komprimiert, bleibt der Zweig oder das Gestänge zuerst gerade und verbiegt nicht, bis eine bestimmte kritische Kraft überschritten ist. An der kritischen Kraft verbiegt sie nicht wenig - es plötzlich Faltenbildungen und verbiegt viel.

„Dieses Phänomen ist zu jedem möglichem Kind weithin bekannt, das Bögen von den Haselnussbuschzweigen zum Beispiel gemacht hat die gewöhnlich ziemlich gerade sind. Um den Bogen aufzureihen, müssen Sie auf ihm stark herunterdrücken um ihn zu wölben, aber sobald er verbogen wird, benötigen Sie nur eine kleinere Kraft sie so zu halten,“ Zocchi sagte.

Die UCLA-Physiker studierten die elastische Energie ihrer molekularen Feder DNS, als sie scharf verbogen wird.

„Solch Ein kurzes doppelsträngiges DNS-Molekül ist einem Gestänge ein wenig ähnlich, aber die Elastizität von DNS an dieser Schuppe bekannt nicht,“ sagte Zocchi. „Was ist die Kraft die DNS, die molekulare Feder auf dem Enzym ausübt? Wir haben diese Frage beantwortet.

„Wir finden, dass es eine ähnliche Gabelung mit diesem DNS-Molekül gibt. Es geht von zum Haben einer Schleife glatt verbogen werden. Wenn wir dieses Molekül verbiegen, gibt es eine kritische Kraft, in der es einen qualitativen Unterschied gibt. Das Molekül ist wie der Baumast und das Gestänge in dieser Hinsicht. Wenn Sie gerade unterhalb des Schwellwerts ein kleines sind, hat die Anlage eine Art Verhalten; wenn Sie gerade über der Schwellwertkraft ein kleines sind, ist das Verhalten total unterschiedlich. Die Leistung war, die elastische Energie dieses betonten Moleküls direkt zu messen, und von der elastischen Energie kennzeichnen Sie die Schleife.“

Mitverfasser auf dieser Forschung sind UCLA-Physikstudenten im aufbaustudium Hao Qu, Chiao-Yu Tseng und Yong Wang und UCLA-außerordentlicher Professor von Chemie und von Biochemie Alexander Levine, die ein Bauteil des Instituts Kaliforniens NanoSystems an UCLA ist. Die Forschung wurde im April, auch in den Zapfen Europhysics-Schreiben veröffentlicht.

„Wir können für jedes spezifische DNS-Molekül jetzt messen, was der Schwellwert der elastischen Energie für die Instabilität ist,“ Zocchi sagten. „Ich sehe Schönheit in diesem wichtigen Phänomen. Wie ist es möglich, dass das gleiche Prinzip an einem Baumast und auf ein Molekül zutrifft? Dennoch tut es. Das Wesentliche von Physik findet geläufiges Verhalten in den Anlagen, die scheinen sehr unterschiedlich.“

Während Zocchis Forschung möglicherweise Anwendungen für Medizin und andere Bereiche hat, hebt er den Fortschritt in den Kenntnissen selbst hervor.

„Es gibt Wert in der Wissenschaft, die unseres Wissens hinzufügt und uns hilft, unsere Welt zu verstehen, abgesehen von dem Wert von zukünftigen Anwendungen,“ sagte er. „Ich studiere Probleme, dass Ich interessant finde, wo denke Ich, kann Ich einen Beitrag machen. Warum studieren Sie ein bestimmtes Problem eher als andere? Möglicherweise aus dem selben Grund wählt ein Maler eine bestimmte Landschaft. Möglicherweise sehen wir Schönheit dort.“

Quelle: http://www.ucla.edu/

Last Update: 12. January 2012 09:23

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