نام فایل : DNA موتورها

فرمت : .ppt

تعداد صفحه/اسلاید : 15

حجم : 1 مگابایت

DNA موتورها
DNA موتورها
DNA ترکیب جالبی برای استفاده در مشین های ملکولی است. خودسامانی DNA به سادگی انجام می پذیرد و ساختارهای ملکولی پیچیده ای از شاخه های ساده DNA ساخته می شود. به علاوه DNA میتواند تغییر شکل دهد.
DNA موتورها، نسل جدیدی از سازه های حاصل از DNA هستند که بدون نیاز به انرژی خارجی و تنها با انرژی پیوندهای هیدروژنی قادر به حرکت می باشند.

دانشمندان در نظر دارند، از موتورهای DNA در نقل و انتقال ملکولهای بسیار کوچک مانند داروها، در داخل سلول استفاده کنند بعلاوه DNA بعلت هوشمند بودن قابل برنامه ریزی است و به عبارتی میتوان با این سیستم نانو روبوتهایی طراحی کرد که برای انجام عمل خاصی در سلولها برنامه ریزی می شوند. برای مثال این نانوروبوتها را میتوان طوب برنامه ریزی کرد که در زمان خاصی از سیکل سلولی و یا در اثر رسیدن به یک سیگنال به سلول، فعال شده و وزیکول حاوی مواد دارویی را به قطب خاصی از سلول و با یک اندامک ویژه ارائه کند.
میتوان این ماشین ها را با استفاده از عوامل مختلفی همچون تغییرات PH و اضافه کردن قطعات ملکولی دیگری مثل پروتئین ها و رشته های DNA کنترل کرد.
1- موتورهای تک DNA
ساخت موتورها ملکولی چرخنده با استفاده از DNA
سرعت و جهت چرخش این ماشین قابل کنترل بوده و از این عملکرد بعنوان مثال در نقل و انتقالات ملکولی استفاده می شود. این ماشین توسط یک میدان الکتریکی خارجی به حرکت در می آید. زمانیکه این میدان چهار جهت نوسان می کند. یک DNA چرخنده را که به یک محور DNA وصل شده است به طور مکرر جهت دهی میکند. محور DNA میان یک سطح شیشه ای و یک دانه مغناطیسی ثابت نگهداشته می شود. بخش های تک رشته روی DNA محور همانند بلبرینگ عمل کرده و امکان چرخش آزاد در اطراف پیوندهای ملکولی میان بازهای نوکلئوتیدی را فراهم می کند.
بدین ترتیب امکان چرخش آزاد و پیوسته DNA چرخنده در اطراف محور، همزمان با تغییر جهت گیری آن با میدان الکتریکی نوسان کننده ایجاد می شود. هر دو سر این DNA تغییر داده شده بود. انتهای 5 با Ester digoxigenin NHS یا DIG و انتهای 3 با بیوتین تغییر داده شده بود. این کار امکان اتصال رشته DNA با سطح شیشه تغییر یافته با آنتی DIG و دانه مغناطیسی تغییر یافته با Steptavidin را فراهم می کند. این کار موجب می شود نیروی میان دانه های مغناطیسی و آهن ربا محور را کشیده و آن را محکم در جای خود نگهدارد.
از آنجائیکه این چرخنده میان دو بخش تک رشته ای کوتاه روی DNA محور به آن متصل شده است، این تغییر جهت گیری موجب چرخش آن حول DNA محور خواهد شد. سرعت و جهت چرخش این DNA را میتوان با تنظیم فرکاسن نوسان میدان و جهت آن کنترل کرد.
2- موتورهای چند DNA
استفاده از DNA بعنوان پیستون
شامل یک ساختار چهارگانه غیر معمول از DNA است که شامل 21 باز که به شکل خاصی بهم پیچیده شده بودند. با افزودن DNA سوخت به این ساختار زنجیره های آن از هم باز شده و ساختار بسیار معمولی و دو زنجیره ای را بوجود می آورد. محققین به منظور دوباره پیچاندن زنجیره ها به یکدیگر از یک ضد سوخت استفاده کردند. این ضد سوخت با سوخت ترکیب شده و به شکل محصول دورریز در می آید. چرخه انبساط و انقباض فقط چند ثانیه به طول می انجامد و نتایج طیف نگاری نشان می دهد که این فرآیند در فاصله ای بین 5 تا 6 نانومتر انجام می شود. این ابزار بین دو حالت کاملاً شناخته شده تغییر حالت می دهد و میتوان از آن جهت حرکت دادن یک پیستون درون یک سیلندر استفاده نمود.

موتور DNA پنس مانند
این پنس از سه رشته DNA ساخته شده است (C, B, A) در حالت عادی بازوهای این پنس باز می شود. ولی با اضافه کردن رشته DNA دیگر (رشته F) رشته جدید با قسمتهای تک رشته ای دو بازوی پنس هیبرید شده باعث بسته شدن آن می شود. با اضافه کردن یک رشته دیگر F که کاملاً مکمل F است دو بازوی پنس آزاد می شود. پیوند میان F و رشته های C, B بعلت فشار فضایی است. اما پیوند F و F محکم است. اما مشکل این انبرک ملکولی DNA فقدان اطمینان از تشکیل سایر اولگیومترها یا دیمرهای در بین چرخه است.
موتور DNA پنس مانند
برج مراقبت ملکولی
این نانو موتور متشکل از یک الیگومر هفت تایی با توالی خاصی است که میتواند ساختار بسیار فشرده و متقارن چهارتایی (Tetra plex) بخود بگیرد که از دو تتراد از بازهای مزدوج است که سه حلقه را تشکیل می دهد.
در حضور الگیونوکلئوتید متمم، زنجیره a، نانوموتور 17 تایی، a ایجاد یک DNA دوتایی (Du) می کنند که منجر به ایجاد یک چهارتایی می گردد و دو انتهای موتور از هم مجزا می شوند. این فرم باز از موتور ملکولی DNA باعث افزایش سیگنال فلورسانس تا چهار برابر می گردد که در واقع بیانگر تغییر در ساختار DNA, Conformation است. این موتور مولکولی (DuTE) نامگذاری شد.
زیرا بین دو فرم دوتایی (Du) و چهارتایی (TE) در نوسان است. مانند سایر موتورهای ملکولی، موتور DuTE در طی یک واکنش جابجایی DNA با استفاده از تک زنجیره جدید B که مکمل a است به فرم اصلی باز می گردد و یک زنجیره دوتایی آزاد می شود.
در طی این هیبریداسیون انرژی آزاد می شود و این نیرو، نیروی محرکه در تولید حرکت مکانیکی محموله است در زمانی که موتور ملکولی بارگیری می شود.
Du- TE
نانوموتور Px-Jx2
مشکل موجود در مدل انبرک در این مدل حذف شدهاند. در این مدل از موتیف توپولوژیک Px با توپوایزومر آن Jx2 استفاده شده که جزء دوم با حذف زنجیره درونی و چرخش 180 درجه به دیگری تبدیل می شودو موتیف Px شامل دو دومین حلزونی شکل است که از چهار زنجیره تشکیل شده اند و محور دوتایی کناری را ایجاد می کند درحالیکه توپوایزومر از Px2 حاوی دو سایت یکسان است. این سیستم ها شامل یک سری زنجیره ها هستند و تک زنجیره ای دارند که امکان مهاجرت را فراهم می کند.
طرح شماتيكي از موتي فهاي PX و JX2. فرض مي شود موتيف PX در
تجمع مجدد ژنتيكي شركت كند، اين موتيف شامل دو دمين هليكس است كه از چهار
زنجيره تشكيل شده اند و حاوي يك محور اصلي هستند.
(كه با نشانگرها در شكل مشخص شده اند) مزدوج شدن بازي واتسون- گريك
در هر نوكلوتيد به وسيله ي نشانگرهاي كوچك بين هر دو دمين هليكس در شكل مشخص شده اند.
هر تقاطع محتملي بين دو دمين هليكس اتفاق مي افتد. چنين تغييراتي در JX2 هم انجام مي شود.
كه البته فاقد دو تقاطع در دمين هليكس مياني است. حروف A, B, C, D نشان مي دهند كه در
انتهاي موتيف JX2 (C,D) نسبت به موتيف PX به ميزان 180 درجه مي چرخد.