9: Високомолекулярна механіка
Альтернативний підхід до опису високомолекулярної конформації, що застосовується як до рівноважних, так і нерівноважних явищ, використовує механічний опис сил, що діють на ланцюг. Звичайно, сили присутні всюди в біології. Близько рівноваги вони існують як локальні коливальні сили, які індукують термічно керовані екскурсії від мінімуму вільної енергії, а біологічні системи використовують нерівноважні процеси, що генерують сили, отримані від зовнішніх джерел енергії (таких як АТФ) у численних процесах, таких як процеси транспорту та сигналізації. Наприклад, спрямований рух молекулярних двигунів вздовж актину та мікротрубочок або аллостеричний трансмембранний зв'язок події зв'язування лігандів у GPCR.
Наша увага в цьому розділі зосереджена на тому, як зовнішні прикладені сили впливають на високомолекулярну конформацію, і експерименти, які дозволяють обережно застосовувати та вимірювати сили на окремих макромолекулах. Вони виконуються для розуміння механічних властивостей та зв'язків напруження/деформації. Також можуть бути унікальними репортерами біологічної функції за участю напружених молекул.
Діапазон сили (пН) | Водотоннажність (нм) | Швидкість завантаження (PN/сек) | ||
---|---|---|---|---|
Оптичний пінцет: | 0,1-100 пН | 0,1-10 5 | 5-10 | Поблизу Екілібруйм |
АСМ: | 10-10 4 | 0,5-10 4 | 100-1000 | Нерівновага! |
Розтягування під течією: | 0,1-1000 пН | 10-10 5 | 1-100 | Сила стійкого стану |
MD симуляції: | Арб. | <10 нм | 10 5 -10 7! |
Запам'ятайте
- 9.1: Сила і робота
- Тут ми зупинимося на поведінці розтягування та розширення макромолекул.
- 9.2: Черв'ячний ланцюг
- Черв'ячний ланцюг - мабуть, найбільш часто зустрічаються моделі полімерного ланцюга при описі механіки і термодинаміки макромолекул. Ця модель описує поведінку тонкого гнучкого стрижня і особливо корисна для опису жорстких ланцюгів зі слабкою кривизною, таких як подвійна багатониткова ДНК. Його поведінка залежить лише від двох параметрів, які описують стрижень: (1) його жорсткість на вигин і (2) довжина контуру.