Biofísica celular de la Único-Molécula

la biofísica de la Único-molécula es un área de la ciencia habilitada por progresos tecnológicos en química biológica.

Haber: sciencepics/Shutterstock.com

Muchas de las preguntas más fundamentales sobre la naturaleza de la vida están iluminadas en la escala de una única molécula biológica. Los estudios de la biofísica de la único-molécula combinan in vivo (en células vivas) y las investigaciones ines vitro.

¿Cuál es diferente sobre la biofísica de la único-molécula?

En contraste con estudios biofísicos a granel, los experimentos en la única escala de la molécula requieren mediciones de señales extremadamente débiles en ambientes ruidosos.

los estudios de la Único-molécula ofrecen la oportunidad de capturar heterogeneidad molecular, bastante que un promedio de millones de moléculas. Las únicas moléculas existen generalmente en estados múltiples, y el análisis medio del bulto no puede sondar los estados múltiples de un sistema molecular heterogéneo.

Métodos para la biofísica de la único-molécula

La mayoría de las tecnologías analíticas en el campo de la bioquímica no son bastante sensibles descubrir reacciones de la único-molécula. Algunas técnicas tempranas para los experimentos de la único-molécula incluyen la espectrometría de masa o el uso de la técnica de la abrazadera de remiendo para estudiar los canales del ión desarrollados por Erwin Neher y Bert Sakmann. Este método fue utilizado para medir el paso actual a través de una membrana.

Otros métodos pioneros usados para estudiar reacciones de la único-molécula en un ambiente del tubo de ensayo incluyen:

  • Microscopia de fluorescencia - usada para capturar transferencia de energía de resonancia de Förster de la único-molécula (smFRET)
  • Pinzas ópticas - usadas para atrapar partículas usando la presión de radiación de laser
  • Microscopia atómica de la fuerza - uso del microscopio el hacer un túnel de la exploración a la topografía de la superficie de imagen a la precisión del subnanometer.

El estudio de las únicas acciones recíprocas de la molécula en un sistema vivo presenta más de un reto. Los experimentos ines vitro pueden ser controlados a un mayor grado y tener menos contaminación y menos ruido en la señal.

El primer experimento definitivo de la único-molécula en una muestra viva fue realizado en 2000. Los científicos realizaron proyección de imagen de la único-molécula en una membrana celular usando la microscopia de fluorescencia total de la reflexión interna (TIRF).

Desde entonces, la proyección de imagen de la fluorescencia se ha utilizado para un alcance de los estudios de la único-molécula, incluyendo contar las moléculas en procesos biológicos o la búsqueda de componentes movibles dentro de la célula. Los únicos componentes moleculares de la proyección de imagen han llevado a los avances en la comprensión de estructuras celulares.

las técnicas de la detección de la No-fluorescencia están también disponibles. Las técnicas de exploración de la microscopia (SPM) de la antena se utilizan para los estudios que requieren al detalle topográfico de una superficie. Otra técnica no fluorescente es el dispersar aumentado superficie de Raman (SERS). Este método mide pequeñas diferencias de la frecuencia en los fotones dispersos de una superficie.

Usos de la biofísica de la único-molécula

la biofísica de la Único-molécula es una evolución de la ciencia biofísica a granel. Los usos potenciales incluyen bionanotechnology, biología de sistemas, y la biomedecina de la único-molécula.

Maquinaria molecular de investigación

En un experimento del bionanotechnology de la único-molécula, una molécula de la actomiosina fue utilizada para revelar los mecanismos de máquinas moleculares. La actomiosina es el motor molecular del músculo. La hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP) ofrece la energía para el movimiento de los filamentos de la actinia. Creen a una culata de cilindro de la miosina en la molécula hidrolizar el ATP.

Una antena de la exploración fue utilizada para manipular una única molécula de la miosina. Combinando este método con TIRF, los investigadores podían desarrollar un análisis para medir la ATpasa individual y reacciones mecánicas de una única molécula de la miosina.

Uno de los usos más potentes de la biofísica celular de la única molécula es secuencia del gen de la único-molécula. la Único-molécula, tiempo real que ordena (SMRT) es una tecnología desarrollada por ciencia biológicas pacíficas que combina dos tecnologías: guías de ondas de la cero-manera (ZMWs) y nucleótidos phospholinked.

ZMWs ilumina la parte inferior del bien con un patrón de la DNA complexed con la polimerasa de DNA. Los nucleótidos phospholinked permiten la observación del complejo mientras que la polimerasa de DNA sintetiza un nuevo cabo en tiempo real. El método ha probado potente en producir serie exacta con largos leídos largos en la única resolución de la molécula.

la biofísica celular de la Único-molécula es un campo en su infancia. Las nuevas aplicaciones de tecnologías en la ciencia física y biológica continúan desplegar el conocimiento de procesos celulares en el nivel molecular individual.

Fuentes:

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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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