نانوموتور DNA مستقل
دستگاه های متحرک در مقیاس نانو (نانوموتورها) کاربردهای بالقوه ی زیادی دارند، مانند پردازش اطلاعات، دستگاه های نانوالکترونیک، و تنظیم واکنش های شیمیایی و تجمعات مولکولی. نانوموتورهای ساختگی متنوعی در سال های اخیر گزارش شده اند. این موتورها شامل مولکول های آلی، که در واقع ساختارهای مهندسی شده ی DNA یی می باشند و هیبرید های پروتئینی/غیرارگانیک هستند. به هر حال، گزارش های نانوموتورهای سنتزی مستقل خیلی کمیاب می باشد. مستقل (خودگردان) بودن یک ویژگی مهم از موتورهای پروتئینی سلولی می باشد، که این انگیزه را در ما به وجود آورده است که به دنبال این باشیم که آیا این امکان وجود خواهد داشت که نانوموتورهای زیستی را طراحی کنیم که دائما حرکات مکانیکی را توسط مصرف انرژی شیمیایی، انجام دهند یا نه. اینجا، ما ساخت یک نانوموتور DNA یی که توسط یک آنزیم DNA یی برش دهنده ی RNA نیرو می گیرد را گزارش کردیم. این موتور تا زمانی که سوخت آن (سوبسترای RNA یی آنزیم DNA یی) فراهم باشد، فعالیت می کند. این موتور DNA یی یک نانوموتور زیستی می باشدکه در مسیر مشابهی با موتورهای پروتئینی طبیعی کار می کند، یعنی دائما انرژی شیمیایی را از باندهای کووالان استخراج می کند و این انرژی را به حرکت های مکانیکی تبدیل می کند.
بیشتر موتورهای پروتئینی که شامل میوزین، کاینزین و آدنوزین تری فسفات F0F1 (ATP) سنتاز می باشند، یک فعالیت ATP آزی را سنتز می کنند. این موتورها می توانند به ATP متصل شوند و آن را به ADP هیدرولیز کنند، که سپس آن را رها می کنند. انرژی آزاد شده توسط این فرایند شیمیایی هیدرولیز ATP، نیروی مورد نیاز موتورهای پروتئینی را فراهم می کند و آنها را قادر می سازد که کنفورماسیون خودشان را تغییر دهند، که منجر به حرکت مکانیکی آنها می شود. موتور DNA یی که در این جا ارائه شده است در یک مسیر مشابه فعالیت می کند. دمین کاتالیتیک DNA می تواند به یک سوبسترای کایمری از DNA – RNA متصل شود و آن سوبسترا را به دو قطعه کوتاه برش دهد، و سپس این قطعات را رها کند. این فرایند منجر به این می شود که موتور DNA یی کنفورماسیون خودش را تغییر دهد، که جنبش های در مقیاس نانو را تولید می کند. ما حرکت موتور DNA یی را با استفاده از تکنیک های انتقال انرژی رزونانس فلوئورسنت (FRET) اثبات کردیم و چرخه ی مستقل (خودگردان) این موتور را توسط مشاهده ی برش سوبسترا مورد بررسی قرار دادیم.
Nanoscale mobile devices (nanomotors) have many potential applications, such as information processing, nanoelectronic devices, biosensors, and regulation of chemical reactions and molecular assembly.[1] Various artificial nanomotors have been reported in recent years. These motors include organic molecules,[2–5] engineered DNA constructs,[6–12] and inorganic/ protein hybrids.[13] However, reports of autonomous synthetic nanomotors are very rare.[5, 11, 13] Autonomy is an important characteristic of cellular protein motors, which prompted us to ask whether it would be possible to design biomimetic nanomotors that continuously conduct mechanical motions powered by consumed chemical energy. Herein, we report the construction of a DNA nanomotor powered by an RNAcleaving DNA enzyme.[14–17] The motor keeps operating as long as its fuel (the RNA substrate of the DNA enzyme) is available. This DNA motor is a biomimetic nanomotor that works in the same way as natural protein motors, that is, by continuously extracting chemical energy from covalent bonds and converting this energy into mechanical motions.[18–20]
Most protein motors,[18–22] which include myosin, kinesin, and F0F1 adenosine triphosphate (ATP) synthase, possess an ATPase activity. These motors can bind to and hydrolyze ATP to form ADP, which is then released. The energy released by the chemical process of ATP hydrolysis powers protein motors and enables them to change their conformation, which results in mechanical movement. The DNA motor presented herein works in a similar way. The catalytic domain of the DNA can bind to a DNA–RNA chimera substrate, cleave this substrate into two short fragments, and then release the pieces. This process leads the DNA motor to change its conformation, which generates nanoscale motions. We demonstrated the motion of the DNA motor by using fluorescence resonance energy transfer (FRET) techniques and monitored the autonomous cycling of the motor by observing substrate cleavage.
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه