SISSA’dan Cristian Micheletti liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından üstlenilen ve kısa süre önce Physical Review Letters’da yayınlanan amaç, karmaşık bir molekülün parçalarının, molekülün nasıl bozulduğunu ve parçalandığını bilerek nasıl bir arada tutulduğunu doğru bir şekilde yeniden inşa etmekti. Araştırmacılar, bir nanogözenek aracılığıyla yüksek hızda yer değiştirme sırasında bir DNA çift sarmalının açılmasına odaklanarak, olayın tek hızından temel DNA termodinamik parametrelerini yeniden yapılandırdılar.
Polimerlerin nanogözeneklerden translokasyonunun, genom dizilimi gibi çok sayıda pratik uygulaması olan önemli bir teorik konu olduğu iyi bilinmektedir. İkincisinde, bir DNA filamentinin, diğer ipliği geride bırakarak yalnızca bir çift sarmal ipliğin geçebileceği kadar küçük bir gözenekten geçmeye zorlandığını hatırlayın. Sonuçta ortaya çıkan fermuar açma etkisi, yer değiştiren DNA çift sarmalının kaçınılmaz olarak bölünmesi ve çözülmesidir.
Bari Üniversitesi’nden ilk yazar Antonio Suma ve Temple Üniversitesi’nden Vincenzo Carnevale de araştırma ekibinin üyeleridir. DNA’nın açılma hızını izleyen çeşitli itici güçlerle süreci simüle etmek için bir bilgisayar kümesi kullandılar; bu, deneylerde kolayca elde edilebilmesine rağmen çok fazla ilgi görmeyen bir veri türüdür.
DNA Çift Sarmalının Yapısının Gelişimi ve Fiziği
Araştırmacılar, daha önce yayınlanmış teorik ve matematiksel modelleri kullanarak, çift sarmal yapının gelişimi ve kopmasının termodinamiğini tam olarak yeniden yapılandırmak için hıza ilişkin bilgileri kullanarak “geriye doğru çalışabildiler”.
Araştırmacılara göre, “önceki fikirler bir moleküler sistemin termodinamiğine ilişkin kesin bilgilerden yola çıkıyordu ve bu bilgiler daha sonra az ya da çok müdahaleci dış basınçlara verilecek tepkiyi tahmin etmek için kullanılıyordu. Bu da başlı başına önemli bir zorluk teşkil ediyor. Termodinamiğin özelliklerini yeniden yapılandırmak için tam tersi bir soruna baktık: DNA’nın çift sarmalın zorla açılması gibi ciddi stres faktörlerine verdiği tepkiden yola çıktık.
“Deney, fermuar açma işleminin müdahaleci ve hızlı doğası nedeniyle başarısızlığa mahkum görünüyordu, muhtemelen bu yüzden daha önce hiç yapılmamıştı. Ayrıca, uygun olması halinde, ilgili teorik ve matematiksel modellerin bize soruna uygulanabilir bir çözüm sağlayabileceğini de anladık. Toplanan büyük miktardaki veriyi inceledikten sonra durumun tam olarak böyle olduğunu görmek bizi gerçekten heyecanlandırdı; doğru sezgiye sahip olduğumuz için mutluyduk.”
Çalışmada kullanılan yöntem evrensel olduğundan, araştırmacılar bunu DNA’nın ötesinde, hala çoğunlukla bilinmeyen diğer moleküler sistemlere de uygulayabileceklerini düşünüyorlar. Günlük hayatımızdaki motorlar gibi döngüsel dönüşümler geçirmek için enerji kullanan protein kümeleri olan moleküler motorlar buna bir örnektir.
Araştırmacılar, “Moleküler motorlar üzerine yapılan çalışmalar, şimdiye kadar termodinamikleri hakkında varsayımlar üreterek ve tahminleri deneysel verilerle karşılaştırarak başladı. Kanıtladığımız yeni yöntem, bariz kavramsal ve pratik faydaları ile ters yolun benimsenmesine, yani termodinamiği kurtarmak için denge dışı testlerden elde edilen verilerin kullanılmasına olanak sağlayacaktır.”
Kaynak: phys.org/news
