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Que são ADN Nanomachines?

Pode a especificidade do ADN ser aproveitada?

O ADN tem a especificidade muito alta, de modo que uma seqüência particular do ADN ligue sempre a sua seqüência complementar do ADN. Isto pode, conseqüentemente, ser usado para projectar nanomachines com especificidade alta usando seqüências específicas do ADN. É mesmo possível criar ramos fora de uma hélice dobro do ADN, que torne possível criar as estruturas 3D.

Pode-se considerar que alguns processos biológicos estão conduzidos por máquinas biológicas, e os pesquisadores procuraram usar máquinas naturais como a base das máquinas moleculars que podem potencial conectar o mundo molecular ao mundo macroscópico.

Os dois anéis são ligados como uma corrente e podem bem ser reconhecidos. No centro há a polimerase de RNA T7.Em 2019, os pesquisadores construíram um veículo um-rodado fora dos anéis do ADN. Os dois anéis são ligados como uma corrente e podem bem ser reconhecidos. No centro é a polimerase de RNA T7. Crédito de imagem: Valero juliano, a universidade de Bona.

Nanomachines do ADN?

Porque é possível dar forma precisamente ao ADN, é praticável posicionar um grupo funcional em um lugar preciso; por exemplo, isto foi feito para criar circuitos eletrônicos moleculars, dispositivos ópticos do próximo-campo e redes da enzima. Assim, é possível fazer os nanomachines biológicos baseados em torno do ADN?

O ADN não é a escolha óbvia para nanomachines biológicos. As estruturas maiores como proteínas podem realizar reacções catalíticas e o RNA tem a capacidade para formar as ligações fracas e assim as estruturas secundárias, que por sua vez podem estabilizar estruturas. Contudo, o ADN tem uma vantagem que sua estrutura é simples, conseqüentemente é fácil controlar como o nanomachine é montado.

Tipos de nanomachines do ADN

Interruptores moleculars

Este é o mais simples dos nanomachines do ADN, que alternam entre dois estados de acordo com mudanças em seu ambiente, ou sinalizando.

O movimento rotatório pode ser produzido do ADN mudando como a costa do ADN torce. Os nucleotides do C-G dentro do ADN podem ser lançados entre o B-formulário “destro” e o Z-formulário “canhoto”. A baixa temperatura e a concentração alta de sal podem induzir este interruptor. Um nanomachine adiantado do ADN usou este mecanismo para mudar o ângulo entre duas ADN “telhas”.

O movimento linear pode igualmente ser feito utilizando como o ADN torce; Yang e co. criou um nanomacine do ADN feito de um laço fechado do ADN anexado aos braços de uma junção do feriado, que fosse uma estrutura do quatro-braço que contem seqüências idênticas do ADN nos braços opostos. As mudanças no isomerization entre os base-pares de harmonização, quebrando em um lado e então reformando no outro, podem permitir que esta junção do feriado migre.

No estudo por Yang e pelo co., o brometo de ethidium intercalando da tintura foi usado para mudar a conformação do laço do ADN. Isto faz com que a costa do ADN alongue e desenrole parcialmente. A migração na junção do feriado aliviou o esforço causado pela mudança conformational causada pelo brometo de ethidium.

Há igualmente a possibilidade de usar estes dispositivos para relatar em mudanças no ambiente; por exemplo, a mudança conformational pode ser provocada por mudanças no pH. Nesta encenação muda no pH poderia conduzir ao emperramento de um ADN único-encalhado a uma hélice dobro do ADN, tendo por resultado uma hélice tripla. Há uma possibilidade que, no futuro, usando uma combinação destes sensores possa ser possível criar um sistema de entrega esperto da droga.

Caminhantes cronometrados

O abvoce descrito nanomachines do ADN foi baseado em uma mudança conformational, mas que poderia ser conseguido se as mudanças conformational múltiplas eram possíveis? Um exemplo simples consiste em três âncoras único-encalhadas do ADN com um andaime dobro-encalhado do ADN.

Cada um destas âncoras tem as seqüências originais do ADN, que podem actuar como “controla”, e quando o anexo específico dos fragmentos do ADN ao andaime isto pode fazer com que uma mudança conformational endireite uma âncora específica. Isto pode então conduzir a um movimento direccional ao longo de uma trilha linear.

Motores moleculars

Os motores moleculars já existem, como o myosin, e este energia do uso gerada pela hidrólise do ATP como a potência. Esta foi a inspiração atrás da tentativa criar os motores moleculars baseados no ADN; por exemplo, a energia gerada quebrando as ligações de phosphodiester da espinha dorsal do ADN pode potencial ser usada como uma potência para os motores moleculars.

Um exemplo de um nanomachine do ADN

Miliampère e co. investigou o uso de um nanomachine do ADN que pudesse funcionar em uma pilha. Este nanomachine do ADN é posto pelo ATP. Os componentes do nanomachine do ADN foram montados em um nanoparticle do ouro.

Um braço gancho de cabelo-fechado do balanço foi adicionado ao nanoparticle do ouro e este incluiu um “começo”. O começo é provocado por uma molécula intracelular do alvo, que faça com que o braço do balanço se mova. Uma trilha dobro-encalhada do ADN responde então ao braço movente do balanço. Os autores igualmente notaram que este pode ser usado para visualizar o microRNA em pilhas vivas.

Fontes

Banho, J. e Tuberfield, 2007) ADN Nanomachines de A.J (. Nanotecnologia https://www.nature.com/articles/nnano.2007.104 da natureza

Miliampère, P. - Q. e co. (2018) Um nanomachine altamente integrado do ADN que opera-se nas pilhas vivas postas por um estímulo endógeno. Chem. Sci. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/sc/c8sc00049b

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Last Updated: Dec 6, 2019

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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