Ved hjælp af et DNA -stillads til at placere molekyler med Bohrs radiusopløsning

(Phys.org) - En ny undersøgelse viser, at forskere kan kontrollere afstanden mellem to molekyler, så de kan justere trinstørrelsen til så lille som Bohrs radius. Denne proof-of-concept undersøgelse ved hjælp af DNA origami-teknikker viser, hvordan molekylær positionering kan finjusteres på atomniveau ved stuetemperatur i opløsning. Dette værk har applikationer til molekylær arkitektur samt skabelonformede kemiske reaktioner. Denne undersøgelse vises i Naturnanoteknologi .

TEM -billederne i Jonas J. Funke og Hendrik Dietz 'rapport ligner en række simple maskiner, som en elev ville lære i skolen, men disse enkle maskiner er lavet af DNA. Men, ligner simple maskiner, som vinklen mellem skærende stykker øges, afstanden mellem distale endepunkter på de skærende stykker øges. Funke og Dietz kontrollerede afstanden til de distale endepunkter, der stævnede en justeringsspiral, en DNA -helix, hvis længde øges ved at tilføje basepar.

De skærende stykker er også DNA -spiraler, hvilket betyder, at når vinklen konvergerer, afstanden mellem den ene helix og den anden falder. Baseparene på hver helix er en vis afstand bortset fra baseparene på den anden spiral. Som dette arbejde viser, denne afstand er justerbar.

Funke og Dietz demonstrerede, at vinklen ændres med stigende længde af justeringshelix ved at lave spiraler med længder fra ti basepar til halvtreds basepar. TEM -undersøgelser viste en jævnt stigende vinkel, efterhånden som længden af ​​justeringsspiralen steg. DNA -armene og justeringsspiralerne giver stilladset til at kontrollere afstanden mellem to interagerende molekyler placeret på armene.

Funke og Dietz brugte FRET -undersøgelser for at få en bedre forståelse af afstanden og interaktionen mellem to molekyler på dette DNA -stillads. I FRET overfører en donorkromofor energi til en acceptorkromofor. Effektiviteten af ​​denne overførsel er relateret til afstanden mellem kromoforerne. I dette studie, kromoforer blev placeret i position fem, femten, og femogtyve langs DNA-armene. Position fem er tættest på toppunktets vinkel, og femogtyve er længst væk fra toppunktet. De fandt et forhold mellem emissionsintensiteter og længden af ​​justeringsspiralen. Derudover elektroforetiske undersøgelser viste, at funktionalisering af DNA -stilladset med kromoforer ikke ændrede stilladsets egenskaber.

Da chromofor -afstande faldt fra 9,0 nm til 3,5 nm, de observerede de forventede donor/acceptor -interaktioner. Når afstande faldt fra 3,5 nm til 1,5 nm, de observerede fluorescensdæmpning. Deres data antydede, at de kunne skelne mellem så små afstande som 0,04 nm. Dette blev bekræftet med en forbedret undersøgelse af fluorescensdæmpning, viser, at det er muligt at se distancer, der adskiller sig med 0,04 nm, eller mindre end Bohrs radius.

Endelig, at forstå, hvordan termiske udsving ved stuetemperatur påvirker molekylære afstande, Funke og Dietz kiggede på kemiske tværbindingsreaktioner af thiolgrupper. Thiolgrupperne blev placeret femten basepar væk fra toppunktvinklen og blev reageret med fem forskellige homo-bifunktionelle bismaleimid-linkermolekyler med kendte afstande og termiske udsving. Dette gav mulighed for to mulige reaktioner, den tværbundne reaktion og den ikke-tværbundne reaktion.

Ved at tegne tværbinding af udbytte som en funktion af afstand, de fandt ud af, at så længe bismaleimidet var langt nok til at spænde afstanden, så ville det producere det tværbundne produkt. Hvis ikke, udbyttet gik til nul. Eksperimentelle resultater viste, at udbyttefaldet var gradvist og på en større afstand end konturlængden af ​​bismaleimidet, på grund af udsving ved stuetemperatur og i opløsning. For eksempel, BMOE, en af ​​bismaleimidforbindelserne, har en konturlængde på 1,05 nm, men udbyttet faldt ved 3,5 nm. Ved hjælp af en kvantitativ model for reaktionen, Funke og Dietz var i stand til at beregne udsvingene i afstandskoordinaten til inden for 0,5 nm.

Denne proof-of-concept undersøgelse demonstrerer muligheden for at bruge et DNA-stillads til at kontrollere molekylær afstand. Da vi spurgte om konsekvenserne af hans forskning, Dr. Funke sagde, "At arrangere sagen med stadig mere præcision er et centralt mål for videnskab og teknologi. Vores undersøgelse viser, at stilladseret DNA -origami muliggør rationel placering af to molekyler med atomopløsning og derfor åbner nye muligheder for at studere og manipulere molekylære interaktioner.

© 2015 Phys.org