9: Високомолекулярна механіка

Last updated
Save as PDF

Page ID: 17890

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

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.

Експерименти застосування сили однієї молекули
	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.
9.3: Полімерна еластичність та поведінка сили та розтягування