Molekulêre kragte: Die verrassende strek gedrag van DNA

Eksperimente met DNA molekules te wys dat hul meganiese eienskappe is heeltemal anders as wat dié van makroskopiese voorwerpe, en dit het belangrike gevolge vir biologie en medisyne. Wetenskaplikes by die TU Wien (Wene) het nou daarin geslaag om te verduidelik hierdie eienskappe in detail deur die kombinasie van idees uit siviele ingenieurswese en fisika.

Onverwagte gedrag op die molekulêre vlak

Met die eerste oogopslag, kan jy dink van die DNA-dubbelheliks as 'n klein bietjie lente wat jy kan eenvoudig strek en compress net soos jy sou 'n gewone lente. Maar dit is nie heeltemal so eenvoudig nie: "As jy 'n stukkie van die DNA strek, sal jy eintlik verwag dat die aantal beurte om te daal, maar in sekere gevalle die teenoorgestelde is waar." Wanneer die heliks meer kry, dit soms selfs meer kinkels, "sê siviele ingenieur Johannes Kalliauer van die Instituut van Mechanics of Materials and Structures by TU Wien." Behalwe dat DNA molekules is baie meer rekbaar as die materiaal wat ons gewoonlik hanteer in siviele ingenieurswese: Hulle kan 70% meer geword onder trekspanning . "

Hierdie vreemde meganiese eienskappe van DNA is van groot belang vir biologie en medisyne: "Wanneer die genetiese inligting lees van die DNA molekule in 'n lewende sel, kan die besonderhede van die meetkunde te bepaal of 'n lesing fout begaan, wat in die ergste geval selfs kanker veroorsaak, "sê Johannes Kalliauer. "Tot nou toe, molekulêre biologie gehad het om tevrede te wees met empiriese metodes om die verhouding tussen magte en die meetkunde van DNA te verduidelik."

In sy proefskrif, Johannes Kalliauer het aan die onderkant van hierdie kwessie, en hy het so gedoen in die vorm van 'n ongewone kombinasie van vakke: Sy werk is onder toesig aan die een kant deur die siviele ingenieur prof Christen Hellmich, en aan die ander kant oorhandig deur prof Gerhard Kahl van die Instituut van teoretiese fisika.

"Ons gebruik molekulêre dinamika metodes om DNA te kan weergee op 'n atoom skaal op die rekenaar," verduidelik Kalliauer. "Jy bepaal hoe die DNA helikse saamgepers, gerek of gedraai, en bereken dan jou die magte wat plaasvind en die finale posisie van die atome." Sulke berekeninge is baie kompleks en slegs moontlik met die hulp van 'n groot super, Johannes Kalliauer gebruik die Weense wetenskaplike Cluster (VSC) vir hierdie doel.

Op dié manier, kan die vreemde eksperimentele bevindings word explaned, soos die counter gevolg dat in sekere gevalle die DNA kinkels selfs meer wanneer gestrek. "Dit is moeilik om te dink oor 'n groot skaal, maar by die atoom vlak dit alles sin maak," sê Johannes Kalliauer.

Vreemde intermediêre wêreld

Binne die atoommodelle van teoretiese fisika, kan interatomiese kragte en afstande bepaal. Die gebruik van sekere reëls wat ontwikkel is deur die span wat gebaseer is op die beginsels van siviele ingenieurswese, vereis die relevante krag hoeveelhede aan die DNA-string beskryf as 'n geheel kan dan bepaal word, soortgelyk aan die manier waarop die statika van 'n balk in siviele ingenieurswese kan beskryf word met behulp van 'n paar belangrike deursnee-eienskappe.

"Ons is besig om in 'n interessante intermediêre wêreld hier, tussen die mikroskopiese en makroskopiese," sê Johannes Kalliauer. "Die spesiale ding oor hierdie navorsingsprojek is wat jy regtig beide perspektiewe nodig het en jy het om hulle te kombineer."

Hierdie kombinasie van aansienlik verskillende grootte skale speel 'n sentrale rol by die Instituut vir Mechanics of Materials and Structures keer op keer. Na alles, is die materiaal eienskappe wat ons voel elke dag op 'n groot skaal altyd bepaal deur gedrag by die mikrovlak. Die huidige werk, wat nou in die gepubliseer "Journal of die meganika en fisika van vaste stowwe," het ten doel om te wys op die een hand hoe om die groot en die klein op 'n wetenskaplik presiese manier, en aan die ander kant te kombineer help om beter te verstaan ​​die gedrag van DNA, regs af na die verduideliking van oorerflike siektes.