Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Zastosowanie bakteriorodopsyny w urządzeniach elektronicznych Na podstawie artykułu Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Zastosowanie bakteriorodopsyny w urządzeniach elektronicznych Na podstawie artykułu Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J."— Zapis prezentacji:

1 Zastosowanie bakteriorodopsyny w urządzeniach elektronicznych Na podstawie artykułu Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J. Wise, Nathan B.Gillespie, Jeffrey A.Stuart, Mark P.Krebs, Robert R.Birge Małgorzata Gil Katarzyna Rataj

2 Budowa bakteriorodopsyny Bakteriorodopsyna zbudowana jest z dwóch komponent: Bakteriorodopsyna zbudowana jest z dwóch komponent: 248 aminokwasowego polipeptydu (bakterioopsyna BO) 248 aminokwasowego polipeptydu (bakterioopsyna BO) chromoforu (retinal) osadzonego wewnątrz białka chromoforu (retinal) osadzonego wewnątrz białka

3 Funkcje bakteriorodopsyny Białko błonowe przeprowadzające transdukcję energii świetlnej, występujące u Halobacterium salinarum Białko błonowe przeprowadzające transdukcję energii świetlnej, występujące u Halobacterium salinarum Biologiczną funkcją BR jest absorpcja energii świetlnej i przekształcenie jej w energię chemiczną w warunkach beztlenowych Biologiczną funkcją BR jest absorpcja energii świetlnej i przekształcenie jej w energię chemiczną w warunkach beztlenowych Podstawową funkcja BR jest pompowanie protonów ale dla urządzeń elektronicznych najważniejsza jest absorpcja i przekształcanie energii świetlnej Podstawową funkcja BR jest pompowanie protonów ale dla urządzeń elektronicznych najważniejsza jest absorpcja i przekształcanie energii świetlnej BR może być wykorzystywana w tworzeniu pamięci optycznych oraz pamięci trójwymiarowych BR może być wykorzystywana w tworzeniu pamięci optycznych oraz pamięci trójwymiarowych

4 Cykl świetlny bakteriorodopsyny Mechanizm pompowania protonów inicjowany jest absorpcją światła przez chromofor Mechanizm pompowania protonów inicjowany jest absorpcją światła przez chromofor Zielone światło przekształca wyjściowy, spoczynkowy stan bR (570) w formę pośrednią K (590) Zielone światło przekształca wyjściowy, spoczynkowy stan bR (570) w formę pośrednią K (590) Forma K podlega relaksacji dając kolejno formy L, M, N i O Forma K podlega relaksacji dając kolejno formy L, M, N i O Jeżeli forma pośrednia O poddana jest działaniu światła czerwonego, zachodzi tzw. odgałęzienie cyklu reakcji Jeżeli forma pośrednia O poddana jest działaniu światła czerwonego, zachodzi tzw. odgałęzienie cyklu reakcji Forma O zmienia się w stan P podlegający natychmiastowej relaksacji, przechodząc do stanu Q Forma O zmienia się w stan P podlegający natychmiastowej relaksacji, przechodząc do stanu Q Stan Q charakteryzuje się prawie absolutną stabilnością Stan Q charakteryzuje się prawie absolutną stabilnością Niebieskie światło przekształca Q z powrotem w formę bR Niebieskie światło przekształca Q z powrotem w formę bR

5 System binarny Komputery pracują, używając jedynie dwóch liczb: 0 i 1. Komputer przetwarza liczby i obrazy w kody składające się z zer i jedynek. Taki kod, który składa się zer i jedynek nazywamy kodem dwójkowym lub binarnym. Wszystkim danym i instrukcjom dostarczanym do komputera w postaci liczb dziesiętnych, liter, symboli i znaków jest przypisywany kod binarny, który generowany jest przez urządzenie wejściowe (klawiatura, ewentualnie skaner czy aparat cyfrowy). Sygnał kodowy nie jest jednak ciągiem liczb, lecz impulsów elektrycznych. Impulsowi odpowiada 1, jego brak natomiast rejestrowany jest jako 0. Kody przechowywane są w pamięci komputera w postaci sekwencji włączenia i wyłączenia potencjałów elektrycznych. Główny procesor przetwarza sekwencje impulsów elektrycznych, tworząc liczbę binarną, dekoduje ją i przekazuje wynik. Kolejne cyfry w systemie binarnym to mnożniki kolejnych potęg liczby dwa. I tak liczbę 1101 rozwija się (licząc od tyłu): 1*2 0 +0*2 1 +1*2 2 +1*2 3 = =13 1*2 0 +0*2 1 +1*2 2 +1*2 3 = =13

6 Każda liczba dziesiętna może zostać zamieniona na liczbę binarną Zamiana ta polega na dzieleniu danej liczby przez 2, czyli przez system, w którym chcemy liczbę otrzymać. Jeżeli nie ma reszty z dzielenia wówczas z prawej strony kreski wstawiamy 0, natomiast gdy reszta z dzielenia jest 1. Następnie wykonujemy takie same obliczenia na liczbie całkowitej, którą otrzymaliśmy z dzielenia, aż do momentu, gdy z lewej strony będzie 0. Czyli 123 (10) = (2) Różne formy bakteriorodopsyny można wykorzystać do zapisu bitów danych. Większość badanych urządzeń wykorzystuje stan spoczynkowy bR przypisując mu 0, a formom pośrednim 1. Przełączanie kontrolowane jest za pomocą promieni lasera.

7 Zapisywanie informacji w kostkach bakteriorodopsyny (fioletowy) dokonywane jest za pomocą promieni laserowych. Zapis rozpoczyna się od przepuszczenia zielonych promieni lasera przez płaszczyznę kostki (1);inicjuje to cykl świetlny białka. Czerwone lasery (2) oświetlają zestaw cząsteczek w obrębie płaszczyzny, które maja być przekształcone w dwójkowe 1; pozostałe cząsteczki reprezentują dwójkowe 0 Proces zapisywania danych

8 Odczyt danych rozpoczyna się od ponownego aktywowania płaszczyzny światłem zielonym (5). Następnie włączane są lasery czerwone o niskim natężeniu. Cząsteczki które początkowo znajdowały się w stanie bR, pochłaniają światło czerwone, które przez cząsteczki w stanach P i Q jest przepuszczane. Wynikający stąd wzór utworzony z jasnych i ciemnych obszarów, czyli zer i jedynek, może być odczytywany przez detektor umieszczony naprzeciwko matrycy czerwonych laserów (6) Proces odczytu danych

9

10 Optymizacja bakteriorodopsyny Chemiczna modyfikacja chromoforu Chemiczna modyfikacja chromoforu Chemiczna modyfikacja polipeptydu Chemiczna modyfikacja polipeptydu Genetyczna modyfikacja polipeptydu Genetyczna modyfikacja polipeptydu

11 Genetyczna modyfikacja bakteriorodopsyny Losowa mutageneza Losowa mutageneza Ukierunkowana mutageneza Ukierunkowana mutageneza Semi – random mutageneza Semi – random mutageneza Ukierunkowana ewolucja typ I i II Ukierunkowana ewolucja typ I i II

12 Ukierunkowana mutageneza Podstawowa technika optymalizacji bakteriorodopsyny Podstawowa technika optymalizacji bakteriorodopsyny Użyteczność metody jest proporcjonalna do wiedzy o białku Użyteczność metody jest proporcjonalna do wiedzy o białku WADA: pięć parametrów musi być jednocześnie optymalizowanych: WADA: pięć parametrów musi być jednocześnie optymalizowanych: czas formowania stanu O (minimalizacja) czas formowania stanu O (minimalizacja) zanik stanu O (optymizacja) zanik stanu O (optymizacja) efektywność kwantowa fotochemicznego przekształcania stanu O w P (maksymalizacja) efektywność kwantowa fotochemicznego przekształcania stanu O w P (maksymalizacja) efektywność przekształcania formy P w Q (maksymalizacja) efektywność przekształcania formy P w Q (maksymalizacja) czas życia formy Q (maksymalizacja) czas życia formy Q (maksymalizacja) !! Niemożliwe jest przewidzenie który z pojedynczych lub podwójnych mutantów spełni jednocześnie powyższe wymagania

13 Semi – random mutageneza Kombinacja mutagenezy ukierunkowanej i losowej Kombinacja mutagenezy ukierunkowanej i losowej Podział białka na 17 segmentów ok.15 aminokwasowych Podział białka na 17 segmentów ok.15 aminokwasowych Częstsze mutacje w czterech regionach indukowane metodą PCR Częstsze mutacje w czterech regionach indukowane metodą PCR

14 Ewolucja ukierunkowana Ze względu na sposób przeglądania i selekcji organizmów wyróżniamy dwa typy: Typ I Przeglądanie na poziomie kolonii bakterii. Bakterie umieszczone w niewielkiej ilości wody pękają co zapobiega konieczności izolacji białka. Procedura przeprowadzana w 96- dołkowych płytkach Przeglądanie na poziomie kolonii bakterii. Bakterie umieszczone w niewielkiej ilości wody pękają co zapobiega konieczności izolacji białka. Procedura przeprowadzana w 96- dołkowych płytkach Typ II Przeglądanie na poziomie pojedynczych komórek z jednoczesną selekcją. Wykorzystywane automatyczne urządzenie mierzy poziom stanów P i Q oraz oddziela korzystne komórki Przeglądanie na poziomie pojedynczych komórek z jednoczesną selekcją. Wykorzystywane automatyczne urządzenie mierzy poziom stanów P i Q oraz oddziela korzystne komórki

15 Tabela porównująca pięć metod optymalizacji bakteriorodopsyny

16 Źródła materiałów Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J. Wise, Nathan B.Gillespie, Jeffrey A.Stuart, Mark P.Krebs, Robert R.Birge, TRENDS in Biotechnology Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J. Wise, Nathan B.Gillespie, Jeffrey A.Stuart, Mark P.Krebs, Robert R.Birge, TRENDS in Biotechnology Komputery białkowe Robert R.Birge, Świat Nauki 1995 Komputery białkowe Robert R.Birge, Świat Nauki


Pobierz ppt "Zastosowanie bakteriorodopsyny w urządzeniach elektronicznych Na podstawie artykułu Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices Kevin J."

Podobne prezentacje


Reklamy Google