(Phys.org) — Un nuovo studio dimostra che i ricercatori possono controllare la distanza tra due molecole in modo da poter regolare la dimensione del passo fino a un raggio di Bohr. Questo studio di prova che utilizza tecniche di origami del DNA mostra come il posizionamento molecolare può essere messo a punto a livello atomico a temperatura ambiente in soluzione. Questo lavoro ha applicazioni per l'architettura molecolare e reazioni chimiche basate su modelli. Questo studio appare in Nanotecnologia della natura .

Le immagini TEM nel rapporto di Jonas J. Funke e Hendrik Dietz sembrano una serie di semplici macchine che uno studente imparerebbe a scuola, ma queste semplici macchine sono fatte di DNA. Ma, simili a semplici macchine, all'aumentare dell'angolo tra i pezzi che si intersecano, la distanza tra le estremità distali sui pezzi che si intersecano aumenta. Funke e Dietz controllavano la distanza degli estremi distali facendo causa a un'elica di regolazione, un'elica del DNA la cui lunghezza viene aumentata aggiungendo coppie di basi.

I pezzi che si intersecano sono anche eliche di DNA, il che significa che quando l'angolo converge, la distanza tra un'elica e l'altra diminuisce. Le coppie di basi su ciascuna elica sono a una certa distanza dalle coppie di basi sull'altra elica. Come dimostra questo lavoro, quella distanza è regolabile.

Funke e Dietz hanno dimostrato che l'angolo cambia con l'aumentare della lunghezza dell'elica del regolatore creando eliche di lunghezze da dieci paia di basi a cinquanta paia di basi. Gli studi TEM hanno mostrato un angolo in graduale aumento all'aumentare della lunghezza dell'elica di regolazione. I bracci del DNA e le eliche di regolazione forniscono l'impalcatura per controllare la distanza tra due molecole interagenti poste sui bracci.

Funke e Dietz hanno utilizzato gli studi FRET per ottenere una migliore comprensione della distanza e dell'interazione tra due molecole su questo scaffold di DNA. In FRET un cromoforo donatore trasferisce energia a un cromoforo accettore. L'efficienza di questo trasferimento è correlata alla distanza tra i cromofori. In questo studio, i cromofori sono stati posti nelle posizioni cinque, quindici, e venticinque lungo i bracci del DNA. La posizione cinque è più vicina all'angolo del vertice e venticinque è la più lontana dal vertice. Hanno trovato una relazione tra le intensità di emissione e la lunghezza dell'elica del regolatore. Inoltre, studi elettroforetici hanno mostrato che la funzionalizzazione dello scaffold del DNA con i cromofori non ha modificato le proprietà dello scaffold.

Poiché le distanze dei cromofori sono diminuite da 9,0 nm a 3,5 nm, hanno osservato le attese interazioni donatore/accettore. Quando le distanze sono diminuite da 3,5 nm a 1,5 nm, hanno osservato l'estinzione della fluorescenza. I loro dati suggerivano di poter distinguere distanze fino a 0,04 nm. Ciò è stato confermato da uno studio migliorato sull'estinzione della fluorescenza, mostrando che è possibile discernere distanze che differiscono di 0,04 nm, o inferiore al raggio di Bohr.

Finalmente, capire come le fluttuazioni termiche a temperatura ambiente influenzino le distanze molecolari, Funke e Dietz hanno esaminato le reazioni di reticolazione chimica dei gruppi tiolici. I gruppi tiolici sono stati posti a quindici paia di basi lontano dall'angolo del vertice e sono stati fatti reagire con cinque diverse molecole di collegamento bismaleimide omo-bifunzionali con distanze e fluttuazioni termiche note. Ciò ha consentito due possibili reazioni, la reazione reticolata e la reazione non reticolata.

Rappresentando graficamente la resa di reticolazione in funzione della distanza, hanno scoperto che finché la bismaleimmide era abbastanza lunga da coprire la distanza, quindi produrrebbe il prodotto reticolato. Altrimenti, il rendimento è andato a zero. I risultati sperimentali hanno mostrato che il calo della resa era graduale e a una distanza maggiore rispetto alla lunghezza del contorno della bismaleimide, a causa delle fluttuazioni a temperatura ambiente e in soluzione. Per esempio, BMOE, uno dei composti della bismaleimmide, ha una lunghezza del contorno di 1,05 nm, ma la resa è scesa a 3,5 nm. Utilizzando un modello quantitativo per la reazione, Funke e Dietz sono stati in grado di calcolare le fluttuazioni nella coordinata della distanza entro 0,5 nm.

Questo studio dimostrativo dimostra la possibilità di utilizzare uno scaffold di DNA per controllare la distanza molecolare. Quando abbiamo chiesto le implicazioni della sua ricerca, Il dottor Funke ha detto, "Disporre la materia con sempre più precisione è un obiettivo chiave per la scienza e la tecnologia. Il nostro studio mostra, che l'origami di DNA a scaffold consente il posizionamento razionale di due molecole con risoluzione atomica e quindi apre nuove opportunità per studiare e manipolare le interazioni molecolari.

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