Biofísica celular da Único-Molécula

a biofísica da Único-molécula é uma área de ciência permitida por revelações tecnologicos na química biológica.

Crédito: sciencepics/Shutterstock.com

Muitas das perguntas as mais fundamentais sobre a natureza da vida são iluminadas na escala de uma única molécula biológica. Os estudos da biofísica da único-molécula combinam in vivo (em pilhas vivas) e in vitro investigações.

Que é diferente sobre a biofísica da único-molécula?

Em contraste com estudos biofísicos maiorias, as experiências na única escala da molécula exigem medidas de sinais extremamente fracos em ambientes ruidosos.

os estudos da Único-molécula oferecem a oportunidade de capturar a heterogeneidade molecular, um pouco do que uma média de milhões de moléculas. As únicas moléculas existem geralmente em estados múltiplos, e a análise média do volume não pode sondar os estados múltiplos de um sistema molecular heterogêneo.

Métodos para a biofísica da único-molécula

A maioria de tecnologias analíticas no campo da bioquímica não são sensíveis bastante detectar reacções da único-molécula. Algumas técnicas adiantadas para experiências da único-molécula incluem a espectrometria em massa ou o uso da técnica da braçadeira de correcção de programa para estudar os canais do íon desenvolvidos por Erwin Neher e por Bert Sakmann. Este método foi usado para medir a passagem actual através de uma membrana.

Outros métodos de abertura de caminhos usados para estudar reacções da único-molécula em um ambiente do tubo de ensaio incluem:

  • Microscopia de fluorescência - usada para capturar transferência de energia da ressonância de Förster da único-molécula (smFRET)
  • Pinça óptica - usada para prender partículas usando a pressão de radiação do laser
  • Microscopia atômica da força - uso do microscópio da escavação de um túnel da exploração à topografia da superfície de imagem à precisão do subnanometer.

O estudo de únicas interacções da molécula em um sistema vivo apresenta mais de um desafio. In vitro as experiências podem ser controladas a um grau maior e ter menos contaminação e menos ruído no sinal.

A primeira experiência definitiva da único-molécula em uma amostra viva foi realizada em 2000. Os cientistas executaram a imagem lactente da único-molécula em uma membrana de pilha usando a microscopia de fluorescência total da reflexão interna (TIRF).

Desde então, a imagem lactente da fluorescência foi usada para uma escala de estudos da único-molécula, incluindo contando moléculas em processos biológicos ou seguindo componentes móveis dentro da pilha. Os únicos componentes moleculars da imagem lactente conduziram aos avanços na compreensão de estruturas celulares.

as técnicas da detecção da Não-fluorescência estão igualmente disponíveis. As técnicas de varredura da microscopia (SPM) da ponta de prova são usadas para os estudos que exigem o detalhe topográfico de uma superfície. Uma outra técnica não-fluorescente é dispersão aumentada superfície de Raman (SERS). Este método mede diferenças pequenas da freqüência nos fotão dispersados de uma superfície.

Aplicações da biofísica da único-molécula

a biofísica da Único-molécula é uma evolução da ciência biofísica maioria. As aplicações potenciais incluem o bionanotechnology, a biologia de sistemas, e a biomedicina da único-molécula.

Maquinaria molecular de investigação

Em uma experiência do bionanotechnology da único-molécula, uma molécula da actinomiosina foi usada para revelar os mecanismos de máquinas moleculars. A actinomiosina é o motor molecular do músculo. A hidrólise do triphosphate de adenosina (ATP) fornece a energia para o movimento de filamentos do actínio. Uma cabeça do myosin na molécula é acreditada hydrolyze o ATP.

Uma ponta de prova da exploração foi usada para manipular uma única molécula do myosin. Combinando este método com o TIRF, os pesquisadores podiam desenvolver um ensaio para medir a ATPase individual e reacções mecânicas de uma única molécula do myosin.

Uma das aplicações as mais poderosas da biofísica celular da única molécula é arranjar em seqüência do gene da único-molécula. a Único-molécula, tempo real que arranja em seqüência (SMRT) é uma tecnologia desenvolvida por ciências biológicas pacíficas que combine duas tecnologias: medidores de ondas do zero-modo (ZMWs) e nucleotides phospholinked.

ZMWs ilumina a parte inferior do bem com um molde do ADN complexed com polimerase de ADN. Os nucleotides phospholinked permitem a observação do complexo enquanto a polimerase de ADN sintetiza uma costa nova no tempo real. O método provou poderoso em produzir a seqüência exacta com comprimentos lidos longos na única definição da molécula.

a biofísica celular da Único-molécula é um campo em sua infância. As novas aplicações das tecnologias na ciência física e biológica continuam a expandir o conhecimento de processos celulares a nível molecular individual.

Fontes:

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Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Catherine Shaffer

Written by

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer is a freelance science and health writer from Michigan. She has written for a wide variety of trade and consumer publications on life sciences topics, particularly in the area of drug discovery and development. She holds a Ph.D. in Biological Chemistry and began her career as a laboratory researcher before transitioning to science writing. She also writes and publishes fiction, and in her free time enjoys yoga, biking, and taking care of her pets.

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