Posted in | Bionanotechnology

Mechanische controle van chemische reacties met behulp van nanotechnologie

Published on September 18, 2010 at 12:47 AM

UCLA natuurkundigen hebben een belangrijke stap bij de bestrijding van chemische reacties mechanisch, een belangrijke stap vooruit in de nanotechnologie, UCLA natuurkunde professor Giovanni Zocchi en collega's rapporteren.

Chemische reacties in de cel wordt gekatalyseerd door enzymen, die zijn eiwitmoleculen die de snelheid van reacties. Elk eiwit katalyseert een specifieke reactie. In een chemische reactie, twee moleculen met elkaar botsen en uit te wisselen atomen, het enzym is de derde partij, de "vroedvrouw om de reactie."

Maar de moleculen moeten botsen op een bepaalde manier om de reactie te voorkomen. Het enzym bindt aan de moleculen en lijnen ze op, hen te dwingen botsen in de "juiste" manier, dus de kans dat de moleculen atomen uitwisselen is veel hoger.

"In plaats van alleen maar kijken naar wat de moleculen doen, we mechanisch kunnen ze producten", zei Zocchi, de hoofdauteur van het onderzoek.

Om dat te doen, Zocchi en zijn studenten, Chiao-Yu Tseng en Andrew Wang, hierbij een controleerbare moleculaire voorjaar gemaakt van DNA aan het enzym. De veer is ongeveer 10.000 keer kleiner dan de diameter van een menselijke haar. Ze kunnen mechanisch zet het enzym aan en uit en bepalen hoe snel de chemische reactie optreedt. In hun nieuwste onderzoek, zij hierbij de moleculaire lente op drie verschillende locaties op het enzym en waren in staat om mechanische invloed van verschillende specifieke stappen van de reactie.

Zij publiceerden hun onderzoek in het tijdschrift Europhysics Letters, een uitgave van de European Physical Society, in juli.

"We hebben het enzym benadrukt op verschillende manieren," Zocchi gezegd. "We kunnen het effect te meten op de chemische reactie van nadruk op de molecule op deze manier of op die manier. Benadrukt het molecuul op verschillende locaties produceert verschillende antwoorden. Als u de moleculaire voorjaar bevestigen op een plaats, gebeurt er niets veel aan de chemische reactie, maar je koppelen aan een andere plaats en je invloed op een stap in de chemische reactie. Dan moet je het te hechten aan een derde plaats en invloed hebben op een volgende stap in deze chemische reactie. '

Zocchi, Tseng en Wang bestudeerde de snelheid van de chemische reacties en gerapporteerd in detail wat er is gebeurd om de stappen van de reacties als ze toegepast mechanische belasting van het enzym op verschillende plaatsen.

"Staand op de schouders van 50 jaar van de structurele studies van eiwitten, we keken verder dan de structurele beschrijving van de dynamiek, in het bijzonder de vraag welke krachten - en toegepast waar - hebben wat effect hebben op de reactie van de tarieven", Zocchi gezegd.

In een gerelateerde seconden papier, Zocchi en zijn collega's tot een verrassende conclusie in het oplossen van een al lang bestaande fysica puzzel.

Wanneer men bochten een rechte tak of een rechte staaf door het te comprimeren lengterichting, het bijkantoor of de staaf op het eerste recht blijft en niet buigen tot een bepaalde kritische kracht wordt overschreden. Op de kritische kracht, is het niet buigt een beetje - het plotseling gespen en bochten veel.

"Dit fenomeen is bekend bij elk kind die heeft strijkstokken van hazelnoot struik takken, bijvoorbeeld, die typisch zijn volkomen recht. Snaar Om de boeg, moet je naar beneden druk op het moeilijk om het te gesp, maar als het eenmaal is gebogen, je hoeft alleen maar een kleinere kracht om zo houden, "Zocchi gezegd.

De UCLA natuurkundigen bestudeerde de elastische energie van hun DNA moleculaire voorjaar wanneer het is sterk gebogen.

"Zo'n korte dubbelstrengs DNA-molecuul is enigszins vergelijkbaar met een hengel, maar de elasticiteit van DNA op deze schaal was niet bekend, 'Zocchi gezegd. "Wat is de kracht van de DNA-moleculaire lente is uitgeoefend op het enzym? We hebben deze vraag beantwoord.

"We vinden er is een soortgelijke splitsing met deze DNA-molecuul. Het gaat van dat vlot gebogen aan het hebben van een knik. Als we buigen dit molecuul, is er een kritische kracht waar sprake is van een kwalitatief verschil. Het molecuul is als de boom tak en . de staaf in dit opzicht Als je net een beetje onder de drempel, het systeem een ​​soort van gedrag is, als je net een beetje boven de drempel van kracht, het gedrag is totaal verschillend Het resultaat was direct de maatregel. elastische energie van dit benadrukt molecule, en karakteriseren van de elastische energie van de knik. '

Co-auteurs van dit onderzoek zijn UCLA natuurkunde afgestudeerde studenten Hao Qu, Chiao-Yu Tseng en Yong Wang en UCLA universitair hoofddocent van de chemie en biochemie Alexander Levine, die lid is van het California Institute nanosystemen aan de UCLA. Het onderzoek werd gepubliceerd in april, ook in het tijdschrift Europhysics Letters.

"We kunnen nu meten voor een specifieke DNA-molecuul wat de elastische energie drempel voor de instabiliteit is," Zocchi gezegd. "Ik zie schoonheid in dit belangrijke fenomeen. Hoe is het mogelijk dat hetzelfde principe geldt voor een boomtak en een molecuul? Toch is het wel. De essentie van de fysica is vaak het gedrag van bevinding bij systemen die lijken heel anders."

Terwijl Zocchi's onderzoek kan hebben toepassingen voor de geneeskunde en andere gebieden, benadrukt hij de vooruitgang in kennis zelf.

"Er is de waarde in de wetenschap dat draagt ​​bij aan onze kennis en helpt ons te begrijpen onze wereld, met uitzondering van de waarde van de toekomstige applicaties", zei hij. "Ik studeer problemen die ik interessant vind, waar ik denk dat ik een bijdrage kunnen leveren. Waarom studeren een bepaald probleem in plaats van een ander? Misschien om dezelfde reden een schilder kiest voor een bepaald landschap. Misschien zien we mooi daar."

Bron: http://www.ucla.edu/

Last Update: 3. October 2011 06:37

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit