Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Försterowski rezonansowy transfer energii (FRET) — podstawy fizyczne i zastosowania

Kotulska Agata M.

Postępy Fizyki

|

2021

|

T. 72, z. 1

8--15

PL

Försterowski rezonansowy transfer energii (FRET) jest jednym ze zjawisk fizycznych, które znalazły szerokie zastosowanie w biologii i przyczyniły się do zrozumienia funkcjonowania żywych komórek na poziomie molekularnym. Zmiany efektywności transferu energii wraz ze zmianą wzajemnej odległości donora i akceptora są widoczne podczas pomiarów spektroskopowych czasów życia luminescencji lub widma emisji. Zjawisko to umożliwia badanie wielu procesów takich jak hybrydyzacja DNA, zmiany konformacji białek czy też reakcji wiązania się przeciwciała z antygenem. Tradycyjnie do tego celu stosuje się barwniki organiczne lub białka fluorescencyjne. Jednak ze względu na ich wady, takie jak słabo rozdzielone, szerokie pasma absorpcyjne i emisyjne, krótkie — nanosekundowe czasy życia fluorescencji poziomów energetycznych czy fotowybielanie, nadal poszukuje się alternatywnych fluoroforów wykazujących pożądane cechy spektroskopowe. Rozwiązaniem dla napotykanych niepożądanych właściwości spektroskopowych barwników organicznych jest zastosowanie nanokryształów domieszkowanych jonami lantanowców jako donorów energii. Takie nanomateriały wykazują wysoką fotostabilność luminescencji, wąskie spektralnie pasma absorpcji i emisji, emisję antystokesowską oraz długie czasy zaniku luminescencji. W artykule przedstawiono podstawy fizyczne zjawiska FRET oraz zaprezentowano nowe wyzwania dla nanoluminoforów domieszkowanych jonami lantanowców, jako nowych alternatywnych donorów energii do studiowania procesów FRET.

EN

Förster Resonance Energy Transfer (FRET) is the physical phenomena that has found wide application in biology and contributed to understanding the functioning of living cells at the molecular level. Changes in the energy transfer eõciency are associated with the change of distance between the donor and acceptor, are visible during spectroscopic measurements, such as luminescence lifetimes or emission spectra. his phenomenon enables the study of many processes such as DNA hybridization, changes in protein conformation or the binding reaction of an antibody to an antigen. Traditionally, organic dyes or uorescent proteins are used for this purpose. However, due to their disadvantages, such as poorly separated, wide absorption and emission bands, short nanosecond luminescence lifetimes, and photobleaching, alternative uorophores with the desired spectroscopic characteristics are still being sought. he solution to the encountered imperfections of organic dyes is the use of nanocrystals doped with lanthanide ions as energy donors. his kind of nanomaterials show high luminescence photostability, narrow spectral absorption and emission bands, anti-Stokes emission and long luminescence decay times. his article presents the physical basis of the FRET phenomenon and new challenges for lanthanide-doped nanoluminophores as new alternative energy donors for researches in FRET processes.

2

Komunikacja w nanoskali

Kułakowski P.

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2018

|

nr 6

163--166

PL

Artykuł stanowi przegląd najważniejszych wypracowanych dotychczas mechanizmów i technik nanokomunikacji. Przedstawiono podstawowe podejścia do rozwoju nanomaszyn i komunikacji, takie jak miniaturyzacja klasycznych urządzeń bezprzewodowych, konstruowanie nanomaszyn z pojedynczych molekuł oraz adoptowanie istniejących struktur biologicznych. Omówiono podstawy nanokomunikacji w paśmie terahercowym oraz komunikacji molekularnej. Szczegółowo scharakteryzowano proces FRET (Förster Resonance Energy Transfer) i wykorzystujące go metody szybkiej transmisji sygnału w sieciach nanomaszyn oraz techniki rutingu.

EN

The paper is a review of the most important mechanisms and techniques for nanocommunications. Three basic approaches will be presented: (a) top-down, based on miniaturization of the solutions already used in wireless communications, (b) bottomup, i.e. building nanomachines from single molecules and (c) bio-hybrid, which is based on adopting the processes known from the biology. Terahertz communications will be commented, as well as the basic mechanisms of molecular communications. The Förster Resonance Energy Transfer (FRET) will be characterised in details and the FRET-based techniques of low-delay communication and routing will be introduced.

3

Could MATLAB help to cure HIV?

Marciniak A., Kloska S., Bujnowski D., Badloe V., Abbondanzieri E., Ganji M.

Zeszyty Naukowe. Telekomunikacja i Elektronika / Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

|

2016

|

z. 19

5--18

EN

The human immunodeficiency virus (HIV) is a virus that causes HIV infection and can lead to acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). HIV infects cells of the immune system – especially those, which are responsible for the activation of immune response. Every year a huge amount of people die due to diseases that would not be fatal if their immune system was working properly. Scientists from every country want to create an effective drug that helps to cure the infection and prevent development of AIDS. It is necessary to learn everything about HIV to create a drug that will help to save a lot of lives. There is a lot of information discovered by now but also there are some things that remain unknown and should be revealed. One of the most important enzymes for HIV is reverse transcriptase (RT). Thanks to this enzyme virus can re-write its genetic material from RNA (ribonucleic acid) to more stable cDNA (complementary DNA). Finding out the requirements for proper work of RT will help to block and stop the enzyme. A good way to study RT is to observe it under a laser microscope. Laser microscope allows observing single molecules. It is possible to see how RT works with different lengths of DNA (deoxyribonucleic acid) constructs and how does obstacles effect the activity of RT. Results from microscope observations can be analysed using MATLAB software. Special scripts are necessary to analyse binding events and how long they last.

PL

Infekcja wywołana ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV) może prowadzić do zespołu nabytego niedoboru odporności (AIDS). Wirus HIV infekuje komórki układu odpornościowego – zwłaszcza te, które odpowiedzialne są za aktywację odpowiedzi immunologicznej. Każdego roku wiele osób umiera z powodu chorób, które w wypadku prawidłowego działania układu odpornościowego nie byłyby śmiertelne. Aktualnie naukowcy próbują opracować skuteczny lek, który pomoże leczyć infekcję wirusem HIV i będzie zapobiegać rozwojowi AIDS. Aby to osiągnąć konieczne jest jak najlepsze poznanie cząsteczki wirusa HIV i sposobu jego działania. Do dnia dzisiejszego odkryto wiele informacji o wirusie HIV, jednak wiele jego właściwości pozostaje nieznane. Jednym z niezbędnych enzymów wirusa HIV jest odwrotna transkryptaza (RT). Dzięki temu enzymowi wirus może przepisać swój materiał genetyczny z RNA na bardziej stabilne cDNA (ang. complementary DNA). Poznanie warunków, w których działa odwrotna transkryptaza pomoże zablokować jej aktywność. Dobrym sposobem na poznanie tego enzymu jest jego obserwacja pod mikroskopem laserowym. Mikroskop laserowy umożliwia obserwację pojedynczych cząstek. Możliwa staje się obserwacja reakcji RT z konstruktami DNA o różnej długości. Wyniki otrzymane z obserwacji pod mikroskopem mogą być analizowane za pomocą programu MATLAB. W tym celu konieczne jest napisanie odpowiednich skryptów, które pozwolą na dokładną analizę aktywności odwrotnej transkryptazy.

4

Fast closure of long loops at the initiation of the folding transition of globular proteins studied by time-resolved FRET-based methods

Orevi T., Rahamim G., Shemesh S., Ben Ishay E., Amir D., Haas E.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2014

|

Vol. 10, no. 4

169--193

EN

The protein folding problem would be considered “solved” when it will be possible to “read genes”, i.e., to predict the native fold of proteins, their dynamics, and the mechanism of fast folding based solely on sequence data. The long-term goal should be the creation of an algorithm that would simulate the stepwise mechanism of folding, which constrains the conformational space and in which random search for stable interactions is possible. Here, we focus attention on the initial phases of the folding transition starting with the compact disordered collapsed ensemble, in search of the initial sub-domain structural biases that direct the otherwise stochastic dynamics of the backbone. Our studies are designed to test the “loop hypothesis”, which suggests that fast closure of long loop structures by non-local interactions between clusters of mainly non-polar residues is an essential conformational step at the initiation of the folding transition of globular proteins. We developed and applied experimental methods based on time-resolved resonance excitation energy transfer (trFRET) measurements combined with fast mixing methods and studied the initial phases of the folding of Escherichia coli adenylate kinase (AK). A series of AK mutants were prepared, in which the ends of selected backbone segments that form long closed loops or secondary structure elements were labeled by donors and acceptors of excitation energy. The end-to-end distance distributions of such segments were determined under equilibrium and during the fast folding transitions. These experiments show that three out of seven long loops that were labeled in the AK molecule are closed very early in the transition. The N terminal 26-residue loop (loop I) is closed in <200 μs after the initiation of folding, while the β strand included in loop I is still disordered. The closure of the second 44-residue loop (loop II, which starts at the end of loop I) is also complete within <300 μs. Four other loops as well as five secondary structures of the CORE domain of AK (an α helix and four β strands) are formed at a late step, at a rate of 0.5±0.3 s–1, the rate of the cooperative folding of the molecule. These experiments reveal a hierarchically ordered pathway of folding of the AK molecule, ranging from microseconds to seconds. The results reviewed here, obtained mainly from studying a small number of model proteins, support the counterintuitive mechanism whereby non-local interactions are effective in the initiation of the folding pathways. The experiments presented demonstrate the importance of mapping the rates of sub-domain structural transitions along the folding transition, in situ, in the context of the other sections of the chain, whether folded or disordered. These experiments also show the power of the time-resolved FRET measurements in achieving this goal. A large body of data obtained by theoretical and experimental studies that support, or can accommodate, the loop hypothesis is reviewed. We suggest that mapping multiple sub-domain structural transitions during the refolding transition of many proteins using the approach presented here will refine the conclusions and help reveal some common principles of the initiation of the folding. To achieve this goal, the trFRET measurements should be combined with mutagenesis experiments where the role of selected residue clusters will be tested by perturbation mutations. Nevertheless, the solution of the protein folding problem depends on the application of many additional approaches, both experimental and theoretical, while the approach presented here is only a small section of the big puzzle.

5

Fluorescent DNA probe based on CdTe/CdS/SiO2 core/multishell composite nanoparticles

Song J., Dai Z., Guo W., Li Y., Wang W.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 1b

48--50

EN

A novel kind of fluorescent DNA Probe based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) was presented in this paper when CdTe/CdS/SiO2 core/multishell fluorescent nanoparticles were as energy donors and Au nanoparticles (AuNPs) were as energy acceptors. The DNA probes were prepared when energy donors and acceptors were conjugated with two single-stranded complementary oligonucleotides respectively and hybridized with each other. Compared with the fluorescent intensity of single-stranded DNA (ssDNA) conjugated CdTe/CdS/SiO2 nanoparticles (CdTe/CdS/SiO2-DNA), the fluorescent intensity of DNA probe was significantly increased and the FRET efficiency was about 71%. The detection results indicated that this novel DNA probe had excellent detection and specificity of completely complementary target ssDNA.

PL

W pracy zaprezentowano nowy rodzaj fluoryzującej próbki DNA opartej o rezonansowe przenoszenie energii fluoryzacji (FRET), gdzie donorami energii są nanocząstki CdTe/CdS/SiO2 z jądrową fluorescencją powłokową a akceptorami energii nanocząstki Au (AuNPs). W przygotowanych próbkach DNA energia donora i akceptora są odpowiednio sprzężone z dwoma pojedynczo skręconymi komplementarnymi oligonukleotydami i hybrydyzowane ze sobą. Intensywność fluorescencji próbki DNA ze sprzężonymi nanocząstkami CdTe/CdS/SiO2 (CdTe/CdS/SiO2 -DNA) w porównaniu z próbką pojedynczo-skręconego DNA (ssDNA) znacząco wzrasta, Wydajność FRET wynosi około 71%. Wyniki wykrywalności wykazują, że nowa próbka DNA ma doskonałą wykrywalność i swoistość do całkowicie komplementarnego docelowego ssDNA.

6

Enzymologia pojedynczych cząsteczek RNA : wykorzystanie techniki FRET w badaniach zwijania się i dynamiki konformacyjnej rybozymów

Hajdziona M., Molski A.

Wiadomości Chemiczne

|

2010

|

[Z] 64, 3-4

173-193

EN

Ribozymes are biologically important macromolecules that play a crucial role in cell metabolism and functions. Knowledge of folding and catalytic properties of ribozymes can be useful in biotechnology and medicine. In this work, we present a review of single-molecule RNA enzymology with particular emphasis on folding and catalysis observed with single-molecule FRET. Single-molecule spectroscopy provides insight into behaviors of individual molecules without averaging inherent in bulk measurements. In the first section we introduce ribozymes as RNA enzymes [1, 2]. In the second section, we present the structure of RNA molecules and examples of reaction mechanisms (Fig. 1) and function of different types of ribozymes (Fig. 2–5). Next, we review single-molecule FRET spectroscopy (Fig. 6, 7, Eqs. 1, 2). In the fourth section, we present examples of folding dynamics of ribozymes. In the fifth part, we focus on ribozyme catalysis (Fig. 8, 9). We discuss the coupling of conformational dynamics with catalytic reactions. In the last part we present methods of data analysis that can be used to obtain the kinetic rates from single molecule FRET experiments (Fig. 10).