İki durumlu yörünge - Two-state trajectory - Wikipedia

Şekil 1: İki durumlu yörüngeler

Bir iki durumlu yörünge (ayrıca adlandırılır iki durumlu zaman yörüngesi veya a iki devletli yörünge) iki farklı değer arasında dalgalanan dinamik bir sinyaldir: AÇIK ve KAPALI, açık ve kapalı, vb. Matematiksel olarak sinyal her biri için ya değer veya .

Çoğu uygulamada sinyal, stokastik; yine de sahip olabilir belirleyici ON-OFF bileşenleri. Tamamen deterministik iki durumlu bir yörünge, kare dalgası. İki durumlu bir sinyal oluşturmanın birçok yolu vardır, örn. tekrar tekrar yazı tura atmak.

Stokastik iki durumlu bir yörünge, en basit stokastik süreçler arasındadır. Uzantılar şunları içerir: üç durumlu yörüngeler, daha yüksek ayrık durum yörüngeleri ve herhangi bir boyutta sürekli yörüngeler.[1]

Biyofizikte ve ilgili alanlarda iki eyalet yörüngesi

İki eyalet yörüngesi çok yaygındır. Burada, bilimsel deneylerdeki ilgili yörüngelere odaklanıyoruz: bunlar kimya, fizik ve biyofizikteki ölçümlerde görülmektedir. bireysel moleküller[2][3] (örneğin, protein dinamiklerinin ölçümleri ve DNA ve RNA dinamikleri,[4][5][6][7][8] aktivitesi iyon kanalları,[9][10] enzim aktivitesi,[11][12][13][14][15] kuantum noktaları[16][17][18][19][20][21]). Bu deneylerden biri, ölçülen süreci açıklayan doğru modeli bulmayı amaçlamaktadır.[22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32] Aşağıda çeşitli ilgili sistemleri açıklıyoruz.

İyon kanalları

Beri iyon kanalı zaman geçtikten sonra kanaldan geçen iyonların sayısını kaydederken ya açılmış ya da kapatılmışsa, zamana karşı akımın iki durumlu bir yörüngesi gözlenir.

Enzimler

Burada, bireyin aktivitesi üzerine birkaç olası deney var. enzimler iki durumlu bir sinyal ile. Örneğin, yalnızca enzimatik aktivite üzerine aktive edildiğinde (bir lazer darbesiyle) ışık veren bir substrat oluşturulabilir. Dolayısıyla, enzim her etki ettiğinde, ürün molekülünün lazer alanında olduğu süre boyunca bir foton patlaması görürüz.

Biyolojik moleküllerin dinamiği

Moleküllerin yapısal değişiklikleri, çeşitli deneylerin türünde incelenmiştir. Förster rezonans enerji transferi bir örnektir. Çoğu durumda, birkaç temizlenmiş tanımlanmış durum arasında dalgalanan bir zaman yörüngesi görülür.

Kuantum noktaları

Açık durumda ve kapalı durumda dalgalanan diğer bir sistem, kuantum noktası. Burada dalgalanmalar, molekülün ya foton yayan bir durumda ya da foton yaymayan karanlık bir durumda olduğundan (durumlar arasındaki dinamikler de çevreyle etkileşimlerinden etkilenir).

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Erhan Çınlar (1975). Stokastik Süreçlere Giriş. Prentice Hall Inc, New Jersey. ISBN  978-0-486-49797-6.
  2. ^ Moerner, W. E .; Orrit, M (1999). "Yoğun Maddede Tek Molekülleri Aydınlatmak". Bilim. 283 (5408): 1670–6. Bibcode:1999Sci ... 283.1670M. doi:10.1126 / science.283.5408.1670. PMID  10073924.
  3. ^ Weiss, Shimon (1999). "Tek Biyomoleküllerin Floresans Spektroskopisi". Bilim. 283 (5408): 1676–83. Bibcode:1999Sci ... 283.1676W. doi:10.1126 / science.283.5408.1676. PMID  10073925.
  4. ^ Schuler, Benjamin; Lipman, Everett A .; Eaton, William A. (2002). "Tek moleküllü floresans spektroskopisi ile protein katlanması için serbest enerji yüzeyinin incelenmesi". Doğa. 419 (6908): 743–7. Bibcode:2002Natur.419..743S. doi:10.1038 / nature01060. PMID  12384704. S2CID  1356830.
  5. ^ Yang, Haw; Luo, Guobin; Karnchanaphanurach, Pallop; Louie, Tai-Man; Rech, Ivan; Cova, Sergio; Xun, Luying; Xie, X. Sunney (2003). "Tek Molekül Elektron Transferi ile İncelenen Protein Konformasyonel Dinamikleri". Bilim. 302 (5643): 262–6. Bibcode:2003Sci ... 302..262Y. doi:10.1126 / science.1086911. PMID  14551431. S2CID  18706150.
  6. ^ Min, Wei; Luo, Guobin; Cherayil, Binny J .; Kou, S. C .; Xie, X. Sunney (2005). "Tek Protein Molekülü İçindeki Dalgalanmalar için Güç Yasası Bellek Çekirdeğinin Gözlemlenmesi". Fiziksel İnceleme Mektupları. 94 (19): 198302. Bibcode:2005PhRvL..94s8302M. doi:10.1103 / PhysRevLett.94.198302. PMID  16090221.
  7. ^ Rhoades, Elizabeth; Gussakovsky, Eugene; Haran Gilad (2003). "Proteinleri bir seferde bir molekülü katlamak". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 100 (6): 3197–202. Bibcode:2003PNAS..100.3197R. doi:10.1073 / pnas.2628068100. JSTOR  3139336. PMC  152269. PMID  12612345.
  8. ^ Zhuang, X .; Kim, H; Pereira, MJ; Babcock, HP; Walter, NG; Chu, S (2002). "Tek Ribozim Moleküllerinde Yapısal Dinamikleri ve Fonksiyonu İlişkilendirme". Bilim. 296 (5572): 1473–6. Bibcode:2002Sci ... 296.1473Z. doi:10.1126 / science.1069013. PMID  12029135. S2CID  9459136.
  9. ^ Neher, Erwin; Sakmann, Bert (1976). "Denerve kurbağa kası liflerinin zarından kaydedilen tek kanallı akımlar". Doğa. 260 (5554): 799–802. Bibcode:1976Natur.260..799N. doi:10.1038 / 260799a0. PMID  1083489. S2CID  4204985.
  10. ^ Kasianowicz, John J .; Brandin, Eric; Branton, Daniel; Deamer, David W. (1996). "Bir membran kanalı kullanarak ayrı polinükleotid moleküllerinin karakterizasyonu". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 93 (24): 13770–3. Bibcode:1996PNAS ... 9313770K. doi:10.1073 / pnas.93.24.13770. JSTOR  40976. PMC  19421. PMID  8943010.
  11. ^ Lu, H. P .; Xun, L; Xie, XS (1998). "Tek Molekül Enzimatik Dinamikleri". Bilim. 282 (5395): 1877–82. doi:10.1126 / science.282.5395.1877. PMID  9836635.
  12. ^ Edman, Lars; Földes-Papp, Zeno; Wennmalm, Stefan; Rigler Rudolf (1999). "Dalgalanan enzim: Tek molekül yaklaşımı". Kimyasal Fizik. 247 (1): 11–22. Bibcode:1999CP .... 247 ... 11E. doi:10.1016 / S0301-0104 (99) 00098-1.
  13. ^ Velonia, Kelly; Flomenbom, Ophir; Loos, Davey; Masuo, Sadahiro; Cotlet, Mircea; Engelborghs, Yves; Hofkens, Johan; Rowan, Alan E .; et al. (2005). "CALB Katalizeli Hidrolizin Tek Enzim Kinetiği". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü. 44 (4): 560–4. doi:10.1002 / anie.200460625. PMID  15619259.
  14. ^ Flomenbom, O .; Velonia, K; Loos, D; Masuo, S; Cotlet, M; Engelborghs, Y; Hofkens, J; Rowan, AE; et al. (2005). "Değişen tek lipaz moleküllerinin katalitik aktivitesindeki gerilmiş üstel bozulma ve korelasyonlar". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 102 (7): 2368–72. Bibcode:2005PNAS..102.2368F. doi:10.1073 / pnas.0409039102. PMC  548972. PMID  15695587.
  15. ^ İngilizce, Brian P; Min, Wei; Van Oijen, Antoine M; Lee, Kang Taek; Luo, Guobin; Sun, Hongye; Cherayil, Binny J; Kou, S C; Xie, X Sunney (2005). "Sürekli dalgalanan tek enzim molekülleri: Michaelis-Menten denklemi yeniden ziyaret edildi". Doğa Kimyasal Biyoloji. 2 (2): 87–94. doi:10.1038 / nchembio759. PMID  16415859. S2CID  2201882.
  16. ^ Nie, S; Chiu, D .; Zare, R. (1994). "Eş odaklı floresan mikroskobu ile tek tek molekülleri araştırmak". Bilim. 266 (5187): 1018–21. Bibcode:1994Sci ... 266.1018N. doi:10.1126 / science.7973650. PMID  7973650.
  17. ^ Schmidt, Ulrich; Weiss, Matthias (2011). "Oligomerize transmembran proteinlerinin anormal difüzyonu". Kimyasal Fizik Dergisi. 134 (16): 165101. Bibcode:2011JChPh.134p5101S. doi:10.1063/1.3582336. PMID  21528980.
  18. ^ Zumofen, Gert; Hohlbein, Johannes; Hübner, Hıristiyan (2004). "Floresans Dalgalanma Spektroskopisinde Tekrarlama ve Foton İstatistikleri". Fiziksel İnceleme Mektupları. 93 (26): 260601. Bibcode:2004PhRvL..93z0601Z. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.260601. PMID  15697961.
  19. ^ Cohen, Adam E .; Moerner, WE (2006). "Çözeltideki bireysel biyomoleküllerin Brown hareketini bastırmak". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 103 (12): 4362–5. Bibcode:2006PNAS..103.4362C. doi:10.1073 / pnas.0509976103. JSTOR  30048946. PMC  1450176. PMID  16537418.
  20. ^ Moerner, W. E .; Dickson, Robert M .; Cubitt, Andrew B .; Tsien Roger Y. (1997). "Yeşil floresan proteinin tek moleküllerinin" açma / kapama yanıp sönme ve anahtarlama davranışı ". Doğa. 388 (6640): 355–8. Bibcode:1997Natur.388..355D. doi:10.1038/41048. PMID  9237752. S2CID  4313830.
  21. ^ Chung, Inhee; Bawendi, Moungi (2004). "Tek kuantum nokta aralıklılığı ile floresan yoğunluğu arasındaki ilişki, nokta koleksiyonlarından azalır". Fiziksel İnceleme B. 70 (16): 165304. Bibcode:2004PhRvB..70p5304C. doi:10.1103 / PhysRevB.70.165304.
  22. ^ Bauer, R.J .; Bowman, B.F .; Kenyon, J.L. (1987). "Yama kelepçesi verilerinin kinetik analizi teorisi". Biyofizik Dergisi. 52 (6): 961–78. Bibcode:1987BpJ .... 52..961B. doi:10.1016 / S0006-3495 (87) 83289-7. PMC  1330095. PMID  2447973.
  23. ^ Kienker, P. (1989). "İyon Kanalı Geçişinin Toplu Markov Modellerinin Eşdeğeri". Kraliyet Cemiyeti B Bildirileri: Biyolojik Bilimler. 236 (1284): 269–309. Bibcode:1989RSPSB.236..269K. doi:10.1098 / rspb.1989.0024. JSTOR  2410562. PMID  2471201. S2CID  29761646.
  24. ^ Fredkin, Donald R .; Pirinç, John A. (1986). "Toplu Markov İşlemleri Üzerine". Uygulamalı Olasılık Dergisi. 23 (1): 208–14. doi:10.2307/3214130. JSTOR  3214130.
  25. ^ Colquhoun, D .; Hawkes, A.G. (1982). "Tek İyon Kanal Açıklıklarının Patlamalarının ve Patlama Kümelerinin Stokastik Özellikleri Üzerine". Kraliyet Topluluğu'nun Felsefi İşlemleri B: Biyolojik Bilimler. 300 (1098): 1–59. Bibcode:1982RSPTB.300 .... 1C. doi:10.1098 / rstb.1982.0156. JSTOR  2395924. PMID  6131450.
  26. ^ Song, L .; Magleby, K.L. (1994). "İki boyutlu bekleme süresi dağılımları kullanarak maxi K + kanallarının geçitlemesinde mikroskobik tersinirlik testi". Biyofizik Dergisi. 67 (1): 91–104. Bibcode:1994BpJ .... 67 ... 91S. doi:10.1016 / S0006-3495 (94) 80458-8. PMC  1225338. PMID  7919030.
  27. ^ Qin, Feng; Auerbach, Anthony; Sachs, Frederick (2000). "Filtreleme ve İlişkili Gürültü ile Tek Kanal Kinetiği için Gizli Markov Modellemesi". Biyofizik Dergisi. 79 (4): 1928–44. Bibcode:2000BpJ .... 79.1928Q. doi:10.1016 / S0006-3495 (00) 76442-3. PMC  1301084. PMID  11023898.
  28. ^ Bruno, W. J .; Yang, J; Pearson, JE (2005). "İyon kanalı geçit kinetiğinin birleştirilmiş Markov modellerini basitleştirmek için bağımsız açıktan kapalıya geçişleri kullanma". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 102 (18): 6326–31. Bibcode:2005PNAS..102.6326B. doi:10.1073 / pnas.0409110102. JSTOR  3375322. PMC  1088360. PMID  15843461.
  29. ^ Flomenbom, O .; Silbey, RJ (2006). "Bilgi içeriğini iki durumlu yörüngelerde kullanmak". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 103 (29): 10907–10. arXiv:q-bio / 0703013. Bibcode:2006PNAS..10310907F. doi:10.1073 / pnas.0604546103. JSTOR  30049381. PMC  1544147. PMID  16832051.
  30. ^ Flomenbom, Ophir; Klafter, Joseph; Szabo, Attila (2005). "İki Durumlu Tek Molekül Yörüngelerinden Ne Öğrenilebilir?". Biyofizik Dergisi. 88 (6): 3780–3. arXiv:q-bio / 0502006. Bibcode:2005BpJ .... 88.3780F. doi:10.1529 / biophysj.104.055905. PMC  1305612. PMID  15764653.
  31. ^ Flomenbom, O .; Silbey, R.J. (2008). "Sonlu iki durumlu yörüngeleri analiz etmek için araç kutusu". Fiziksel İnceleme E. 78 (6): 066105. arXiv:0802.1520. Bibcode:2008PhRvE..78f6105F. doi:10.1103 / PhysRevE.78.066105. PMID  19256903. S2CID  16196911.
  32. ^ Flomenbom, Ophir (2011). "Mümkün Kılmak: Sonlu Bir Yörüngeden Güvenilir Bir Mekanizma Oluşturmak". Komatsuzaki, Tamiki'de; Kawakami, Masaru; Takahashi, Satoshi; Yang, Haw; Silbey, Robert J. (editörler). Tek Molekül Biyofizik: Deney ve Teori, Cilt 146. Kimyasal Fizikteki Gelişmeler. sayfa 367–93. arXiv:0912.3952. doi:10.1002 / 9781118131374.ch13. ISBN  978-1-118-13137-4. S2CID  15743989.