¿Cuáles son DNA Nanomachines?

¿Puede la especificidad de la DNA ser aprovechada?

La DNA tiene especificidad muy alta, de modo que una serie determinada de la DNA ate siempre a su serie complementaria de la DNA. Esto se puede, por lo tanto, utilizar para diseñar nanomachines con alta especificidad usando series específicas de la DNA. Es incluso posible crear brazos de un doble hélice de la DNA, que permite crear las estructuras 3D.

Puede ser considerado que algunos procesos biológicos son impulsados por las máquinas biológicas, y los investigadores han intentado utilizar las máquinas naturales como la base de las máquinas moleculares que pueden potencialmente conectar el mundo molecular con el mundo macroscópico.

Los dos anillos se conectan como una cadena y pueden ser reconocidos bien. En el centro hay la polimerasa de ARN T7.En 2019, los investigadores construyeron un vehículo uno-rodado fuera de los anillos de la DNA. Los dos anillos se conectan como una cadena y pueden ser reconocidos bien. En el centro es la polimerasa de ARN T7. Haber de imagen: Valero juliano, la universidad de Bonn.

¿Nanomachines de la DNA?

Porque es posible dar forma exacto la DNA, es posible colocar a un grupo funcional en una situación exacta; por ejemplo, esto se ha hecho para crear los circuitos electrónicos moleculares, los dispositivos ópticos del campo cercano y las redes de la enzima. ¿Así pues, es posible hacer los nanomachines biológicos basados alrededor de la DNA?

La DNA no es la opción obvia para los nanomachines biológicos. Estructuras más grandes como las proteínas pueden realizar reacciones catalíticas y el ARN tiene la capacidad de formar las ligazones débiles y así las estructuras secundarias, que a su vez pueden estabilizar las estructuras. Sin embargo, la DNA tiene una ventaja que su estructura es simple, por lo tanto es fácil controlar cómo se monta el nanomachine.

Tipos de nanomachines de la DNA

Interruptores moleculares

Éste es el más simple de los nanomachines de la DNA, que alternan entre dos estados según cambios en su ambiente, o haciendo señales.

El movimiento rotatorio puede ser producido de la DNA cambiando cómo el cabo de la DNA se tuerce. Los nucleótidos del CG dentro de la DNA se pueden mover de un tirón entre la B-forma “derecha” y la Z-forma “zurda”. La baja temperatura y la alta concentración de la sal pueden inducir este interruptor. Un nanomachine temprano de la DNA utilizó este mecanismo para cambiar el ángulo entre dos la DNA “tejas”.

El movimiento lineal puede también ser hecho utilizando cómo la DNA se tuerce; Yang y co. creó un nanomacine de la DNA hecho de un rizo cerrado de la DNA sujetado a las armas de una unión del día de fiesta, que es una estructura de la cuatro-arma que contiene series idénticas de la DNA en las armas opuestas. Los cambios en la isomerización entre los base-pares de igualación, rompiéndose en un lado y después reformándose en el otro, pueden permitir que esta unión del día de fiesta emigre.

En el estudio por Yang y el co., el bromuro de etidio de intercalación del tinte fue utilizado para cambiar la conformación del rizo de la DNA. Esto hace el cabo de la DNA alargar y desenrollar parcialmente. La migración en la unión del día de fiesta relevó la tensión causada por el cambio conformacional causado por el bromuro de etidio.

Hay también la posibilidad de usar estos dispositivos para denunciar sobre cambios en el ambiente; por ejemplo, el cambio conformacional se puede accionar por los cambios en el pH. En este decorado cambia en el pH podría dar lugar al atascamiento de una DNA de una sola fila a un doble hélice de la DNA, dando por resultado una hélice triple. Hay una posibilidad que, en el futuro, usando una combinación de estos sensores puede ser que sea posible crear un sistema de envío elegante de la droga.

Caminante registrados

¿El abvoce descrito los nanomachines de la DNA fue basado en un cambio conformacional, pero qué podría ser lograda si los cambios conformacionales múltiples eran posibles? Un ejemplo simple consiste en tres anclas de una sola fila de la DNA con un andamio doble-trenzado de la DNA.

Cada uno de estas anclas tiene series únicas de la DNA, que pueden actuar como “controla”, y cuando la fijación específica de los fragmentos de la DNA al andamio esto puede hacer un cambio conformacional enderezar un ancla específica. Esto puede entonces dar lugar a un movimiento direccional a lo largo de un carril lineal.

Motores moleculares

Los motores moleculares existen ya, por ejemplo la miosina, y este energía del uso generada por hidrólisis del ATP como potencia. Ésta ha sido la inspiración detrás de intentar crear los motores moleculares basados en la DNA; por ejemplo, la energía generada rompiendo las ligazones de phosphodiester de la espina dorsal de la DNA se puede potencialmente utilizar como potencia para los motores moleculares.

Un ejemplo de un nanomachine de la DNA

MA y co. investigó el uso de un nanomachine de la DNA que puede funcionar en una célula. Este nanomachine de la DNA es movido por motor por el ATP. Los componentes del nanomachine de la DNA fueron montados en un nanoparticle del oro.

Un brazo oscilante horquilla-bloqueado fue agregado al nanoparticle del oro y éste incluyó un “comienzo”. El comienzo es accionado por una molécula intracelular del objetivo, que hace el brazo oscilante moverse. Un carril doble-trenzado de la DNA entonces responde al brazo oscilante móvil. Los autores también observaron que esto se puede utilizar para visualizar el microRNA en células vivas.

Fuentes

Baño, J. y Tuberfield, 2007) DNAs Nanomachines de A.J (. Nanotecnología https://www.nature.com/articles/nnano.2007.104 de la naturaleza

MA, P. - Q. y co. (2018) Un nanomachine altamente integrado de la DNA que opera en las células vivas movidas por motor por un 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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