Ajetun ja kaperoniavusteisen polymeeritranslokaation dynaamiset ominaisuudet

Pauli Suhonen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Polymeeritranslokaatio on prosessi, jossa polymeeri kulkee monomeeri kerrallaan nanometrikokoluokkaa olevan kanavan läpi kalvon puolelta toiselle. Monet biopolymeerit, kuten DNA, RNA ja proteiinit, kulkevat solun sisäisten kalvorakenteiden läpi tällä tavalla. Polymeeritranslokaatiota hyödynnetään myös uudessa DNA:n sekvensointimenetelmässä. Viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana translokaation tutkimus on ollut intensiivistä ja tutkimukseen on osallistunut niin biologeja kuin fyysikoitakin. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kahden polymeeritranslokaatioprosessin fysiikkaa. Ajetussa polymeeritranslokaatiossa kanavan sisällä vaikuttava voima työntää polymeeria kalvon läpi. Kaperoniavusteisessa translokaatiossa polymeerin liikkeen tuottavat polymeeriin kalvon vastaanottavalla puolella sitoutuvat molekyylit. Käytämme Langevin-dynamiikkasimulaatioita yllä kuvattujen statistisen fysiikan epätasapainoilmiöiden tutkimiseen. Jännityksenleviämisteorialla on olennainen rooli ajetun translokaation fysiikassa. Tässä väitöskirjassa tutkimme jännityksen leviämistä simulaatioissa käyttäen tarkkoja dynaamisten ominaisuuksien mittauksia. Osoitamme ja selitämme tärkeitä ajavan voiman suuruudesta riippuvia muutoksia jännityksen ja translokaation dynamiikoissa. Havaitsemme, että pieni ajava voima johtaa cis-puoleisen polymeerin osan voimakkaaseen diffuusioon kalvoa kohti. Diffuusion seurauksena translokaatio nopeutuu. Yhdessä kanavan kitkan kanssa tästä seuraa translokaatioajan τ ja polymeerin pituuden N suhdetta N , τ ∼ N β kuvaavan skaalauseksponentti β:n kasvu ajavan voiman funktiona. Kun hydrodynamiikka sisällytetään malliin, havaitsemme diffuusion kasvavan entisestään suuremman diffuusiokertoimen ja nesteen virtauksen aikaansaamien korrelaatioiden seurauksena. Tutkimme lisäksi muita vähemmän tunnettuja ajetun translokaation ominaisuuksia. Osoitamme, että trans-puolisen polymeerisegmentin vaikutus translokaatioon on pieni. Selvitämme myös polymeerin taivutusjäykkyyden vaikutusta translokaation dynamiikkaan. Havaitsemme jäykkien polymeerien tapauksessa trans-puolen kitkan vaikutuksen riippuvan olennaisesti ajavasta voimasta, diffuusiosta ja nesteen viskositeetista. Simuloimme ensimmäistä kertaa taipuisien polymeerien kaperoniavusteista translokaatiota kolmessa ulottuvuudessa käyttäen kehittämäämme mallia. Havaitsemme kaperonien kiinnittymismenetelmästä aiheutuvia suuria muutoksia prosessin dynamiikassa. Nämä muutokset ovat erityisen merkittäviä joustavien polymeerien tapauksessa. Kiinnittymismenetelmän mukaan sekä kalvon cis- että trans-puoli voivat määrittää prosessin dynamiikan. Havaitsemme cis-puolista jännityksen leviämistä myös kaperoniavusteisessa translokaatiossa, mikä osaltaan osoittaa prosessin olevan epätasapainossa.
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Lampinen, Jouko, Valvoja
  • Linna, Riku, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8104-5
Sähköinen ISBN978-952-60-8105-2
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • polymeeri
  • translokaatio
  • molekyylidynamiikka
  • simulaatio
  • kaperoni

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Ajetun ja kaperoniavusteisen polymeeritranslokaation dynaamiset ominaisuudet'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä