Thermophoresis and cooperative binding of nucleotides

Published: Oct. 19, 2012, 11 a.m.

b'Thermophorese beschreibt die von Temperaturegradienten angetriebene, gerichtete Bewegung von Partikeln. Obwohl dieser Effekt seit 1856 bekannt ist, werden die zugrundeliegenden Prinzipien immer noch aktiv diskutiert. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein lange vorhergesagter gr\\xf6\\xdfenabh\\xe4ngiger \\xdcbergang der Thermophorese zum ersten Mal experimentell verifiziert. Die Experimente untersuchen ein sph\\xe4risches Kondensator Modell f\\xfcr Thermophorese. Um Vorhersagen \\xfcber ionisches Abschirmen geladener Partikel zu testen, sind Nanopartikel erforderlich, deren Gr\\xf6\\xdfe im Bereich der Debye L\\xe4nge liegt: DNA und RNA Oligonucleotide. Der theoretisch prognostizierte \\xdcbergang vom Plattenkondensator- \\xfcber das sph\\xe4rische Kondensator- bis hin zum isolierte Sph\\xe4re-Modell wurde \\xfcber einen weiten Bereich von Verh\\xe4ltnissen zwischen Partikelgr\\xf6\\xdfe und Debye L\\xe4nge erfolgreich beobachtet. Die Kombination dieser ionischen Thermophorese mit einer etablierten Beschreibung der Temperaturabh\\xe4ngigkeit von Thermophorese von ungeladenen Partikeln reicht aus, um Thermophorese von einzel- und doppelstr\\xe4ngiger DNA und RNA von 5\\xb0C bis 75\\xb0C und unter Salzkonzentrationen von 0.5mM bis 500mM abzudecken. Dies umfasst einen Gro\\xdfteil biologisch relevanten Bedingungen. Damit lassen sich nicht triviale Abh\\xe4ngigkeiten der Thermophorese in sehr breiten Bereichen von Salzkonzentration und Temperaturen f\\xfcr hoch relevante DNA und RNA L\\xe4ngen mit dem best\\xe4tigten Modell vorausberechnen. Diese Experimente geben neue Impulse in der Diskussion \\xfcber die Rolle von sekund\\xe4ren elektrischen Feldern bei der Thermophorese. Zudem kann dieses neu gewonnene theoretische Verst\\xe4ndnis die Quantifizierung von Biomolek\\xfclaffinit\\xe4ten verbessern.\\nKooperatives Binden, das im zweiten Teil untersucht wird, ist entscheidend f\\xfcr das Verst\\xe4ndnis vieler intrazellul\\xe4rer Prozesse wie z.B. der Transkription. Mithilfe von Thermophoresemessungen wird das komplette Bindungsverhalten von mehr als zwei Partnern inklusive der kooperativen Effekte untersucht, die komplexe Molek\\xfcl-Interaktionen formen. Die hier pr\\xe4sentierte, neu entwickelte Prozedur ist sehr flexibel und setzt nur einen fluoreszierzmarkierten Bindungspartner voraus. Im Gegensatz zu Methoden, die auf der S\\xe4ttigung einer Bindung bei gleichzeitiger Untersuchung einer anderen beruhen, macht dieser neue Ansatz viele zus\\xe4tzliche kooperative Molek\\xfclsysteme zug\\xe4nglich. Kooperatives Binden eines sternf\\xf6rmigen, dreiteiligen DNA-Komplexes wird mit einer einzigen Messung aufgedeckt. Bindungskonstanten und thermophoretische Eigenschaften der Komplexe werde mit Messungen von Titrationsreihen innerhalb des Konzentrationsw\\xfcrfels untersucht. Diese Methode kann zu einer bisher fehlenden, flexiblen Messtechnik f\\xfcr kooperative Effekte bei geringer Ver\\xe4nderungen der untersuchten Systeme werden.'