طیفسنجی نیروی تکمولکولی
اعمال کشش بر مولکولهای منفرد برای باز کردن آنها یا گسستن پیوندهایشان، و خواندن امضاهای نیروی حاصل برای درک چگونگی تغییر پایداری مولکولی و کینتیک توسط نیرو.
Definition
طیفسنجی نیروی تکمولکولی اندازهگیری پاسخ مکانیکی مولکولهای منفرد به نیروی اعمالی است که برای توصیف باز شدن، گسستن پیوند، و کینتیک وابسته به نیرو استفاده میشود.
Scope
این موضوع طیفسنجی نیرو را پوشش میدهد: اعمال نیروی افزایشی یا ثابت به یک مولکول منفرد—اغلب با میکروسکوپ نیروی اتمی یا انبرکهای نوری—و تفسیر رویدادهای باز شدن و گسستن. این موضوع کشسانی پلیمرها به صورت زنجیره کرمیشکل، امضاهای دندانهارهای باز شدن پروتئینهای مدولار، و نظریه چگونگی تسریع گسستن پیوند توسط نیروی اعمالی را معرفی میکند. خود ابزارها در موضوع انبرکهای نوری همسایه پوشش داده شدهاند.
Core questions
- یک مولکول منفرد چگونه به اعمال نیروی فزاینده پاسخ میدهد؟
- امضاهای نیروی باز شدن و گسستن چه چیزی را در مورد ساختار آشکار میکنند؟
- نیروی اعمالی چگونه سرعت باز شدن یا جدا شدن را تغییر میدهد؟
- چرا نیروهای گسستن به سرعت افزایش نیرو بستگی دارند؟
Key theories
- گسستن پیوند تسریع شده با نیرو
- مدل بل نیروی اعمالی را به عنوان کاهش سد انرژی برای تفکیک در نظر میگیرد، بنابراین نرخ جدا شدن به صورت نمایی با نیرو افزایش مییابد و نیروی گسستن را به نرخ بارگذاری وابسته میکند.
- کشسانی پلیمر و امضاهای باز شدن
- کشش یک زنجیره از پاسخ زنجیره کرمیشکل انتروپیک پیروی میکند تا زمانی که یک ماژول تاخورده تسلیم شود، که یک دندانهاره مشخص از کشش فزاینده و رهاسازیهای ناگهانی تولید میکند که معماری مکانیکی مولکول را مشخص میکند.
Mechanisms
هنگامی که یک مولکول مهار شده کشیده میشود، ابتدا کشیدگی آن از کشسانی انتروپیک پلیمر پیروی میکند، که به خوبی توسط مدل زنجیره کرمیشکل توصیف میشود، زیرا نوسانات حرارتی صاف میشوند. با افزایش کشش، دامنههای تاخورده یا کمپلکسهای متصل به نیرویی میرسند که در آن سد انرژی برای باز شدن یا گسستن به اندازه کافی کاهش مییابد تا تسلیم شوند، طول آزاد کرده و کشش را قبل از بارگذاری عنصر بعدی کاهش میدهند. از آنجا که نویز حرارتی فرار واقعی را هدایت میکند، نیرویی که در آن یک رویداد رخ میدهد تصادفی است و با نرخ بارگذاری افزایش مییابد، وابستگیای که برای ترسیم چشمانداز انرژی زیربنایی استفاده میشود.
Clinical relevance
پایداری مکانیکی پروتئینها و پیوندها برای بافتهای تحت بار، چسبندگی سلولی، و پروتئینهایی که به صورت فیزیولوژیکی نیرو را تحمل میکنند اهمیت دارد، بنابراین روشهای اینجا بیشتر پیشزمینهای آموزشی برای آن زیستشناسی هستند تا توصیههای بالینی.
History
مدل بل در سال ۱۹۷۸ برای طول عمر پیوند وابسته به نیرو، نظریه را ارائه کرد، و کشش پروتئینهای مدولار مانند تیتین با میکروسکوپ نیروی اتمی در دهه ۱۹۹۰، دندانهاره باز شدن مشخصه را تولید کرد و طیفسنجی نیرو را به عنوان راهی برای بررسی پایداری مکانیکی یک مولکول در هر زمان تثبیت کرد.
Key figures
- George Bell
- Hermann Gaub
- Julio Fernandez
- Evan Evans
Related topics
Seminal works
- bell1978
- nelson2014
Frequently asked questions
- چرا نیروی گسستن به سرعت کشش بستگی دارد؟
- از آنجا که نوسانات حرارتی در نهایت پیوند را میشکنند، بارگذاری سریعتر زمان کمتری برای انجام این کار در نیروی کم میدهد، بنابراین پیوند تمایل دارد در نیروی بالاتر بشکند وقتی سریعتر کشیده میشود.
- دندانهاره باز شدن چیست؟
- هنگامی که یک زنجیره از دامنههای تاخورده کشیده میشود، هر دامنه در نیروی بالا باز میشود و ناگهان طول اضافه میکند و کشش را کاهش میدهد؛ تکرار این فرآیند در چندین دامنه یک منحنی نیروی دندانهارهای شکل تولید میکند.