Loading...

Biomolecules and Polymers Translocation Through Biological Single Nanopores and Current Characteristics Analysis

Haji Abdolvahab, Rouhollah | 2012

2576 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 42766 (04)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Physics
  6. Advisor(s): Ejtehadi, Mohammad Reza; Mobasheri, Hamid
  7. Abstract:
  8. Translocation processes are ubiquitous in biology and biotechnology. Translocation of small molecules, e. g. sugar from maltoporin, metabolites through bacteria and macromolecules like proteins, from channels of cellular organelles and or RNA translocation though
    nuclear pores are of vital importance for cellular metabolism. One of the important applications of translocation processes in biotechnology is to sense translocating macromolecules or small molecules by analyzing the current passing through natural or synthesis channels. Improving our knowledge about this process can also help us to develop new methods for designing the appropriate drugs. In this thesis by studying and analyzing the characteristics of electric current passing through OmpF channel, in presence of different nucleotides, we introduce some parameters which help recognize different nucleotides regarding to the different trends of these parameters versus voltages. Moreover we investigate the translocation of macromolecules inside a cell. With regard to the characteristics inside the living creatures, the mechanism of theses processes are different from the mechanism used in vitro, which is usually large electrical fields. In one of these processes some molecules called chaperone bind on the macromolecule and rectify its translocation through the organelle or cytoplasm. Here by considering stiff macromolecules, we study effects of macromolecule length and sequence, chaperone length and concentration and also its effective binding energy with macromolecule on probability density function of macromolecule translocation time through Nanopore. Monte Carlo simulations are employed to compare the theoretical results derived based on discrete master equation and related Fokker Plank equation. We show that the sequence effects on translocation time is definitely considerable and in some conditions it can even change its order of magnitude. We also show that using translocation time probability density function one can obtain suitable information about the sequence and length of the polymer. Regarding the difference between chaperone binding energies with polymer, polymer’s velocity versus adjacency probability can be decreased or increased. We also show that by selecting suitable parameters of concentration, length and binding energy one can change the regimes continuously from a completely diffusive to a completely bias one.
  9. Keywords:
  10. Sequence ; Macromolecule ; Time Series ; Translocation Phenomena ; Biological Nanopores

 Digital Object List

 Bookmark

  • پیشگفتار
  • اول مقدمه
    • کانال های بیولوژیک
      • انواع موجودات در زیست شناسی
        • موجودات غیر سلولی
        • موجودات سلولی
      • سلول و اندامک های درون سلولی
      • فرایندهای عبور پلیمرها از درون حفره
        • دسته بندی فرایندهای عبور
        • عبور با استفاده از میدان الکتریکی
        • انواع روش های ورود پروتئین به اندامک ها
        • عبور بوسیله ی پروتئین های چسبنده
        • بررسی نقش توالی پلیمر در فرایند عبور
      • کانال های پروتئینی
        • کانال های یونی
        • کانال های غشای خارجی باکتری
        • پورین های کلاسیک
  • دوم مواد و روش ها
    • اندازه گیری جریان از درون تک کانال
      • روش پچ کلمپ
      • روش غشاء مصنوعی
      • ثبت رفتار تک کانال پروتئینی در آزمایشگاه
    • حرکت براونی
      • تاریخچه
      • نویز و اهمیت آن در فیزیک، صنعت و بیولوژی
        • موتورهای براونی
        • تشدید کاتوره ای
      • معادلات حاکم بر فرآیندهای کاتوره ای
        • معادله ی لانژون
        • معادله ی فوکر-پلانک
      • مکانیک آماری غیر تعادلی
        • فرایندهای نزدیک به تعادل
        • فرایندهای دور از تعادل
      • سری های زمانی و چگونگی تحلیل آن ها
        • تابع توزیع و معرفی برخی از انواع معروف آن
        • تابع همبستگی
        • توان چگالی طیفی
        • تابع ساختار
        • کسر بیشینه ها
        • آنتروپی جایگشت
  • سوم نتایج
    • عبور مولکول ها و یون ها از کانال OmpF
      • داده های خام
      • پالایش داده ها
      • رسانائی کانال
      • محاسبه تابع توزیع احتمال
      • تقسیم بندی داده ها
      • محاسبه چگالی طیفی نمونه
      • بسامدهای بالا و پائین نمونه
      • تابع همبستگی
      • توزیع زمان باز یا بسته ماندن کانال
        • توزیع زمان بسته ماندن
        • توزیع زمان باز ماندن کانال های OmpF
      • نسبت بیشینه به کل داده
      • محاسبه و رسم تابع ساختار نمونه
      • آنتروپی جایگشت
    • عبور پلیمر ازکانال با کمک چپرون ها
      • مدل سازی فرایند عبور
      • محاسبه زمان عبور
        • معادله ی مادر
        • محاسبه ی تابع پارش
        • فرض وجود نیروی مؤثر
        • فرض تعادل جزئی
        • فرض تقریب میانی
        • معادله ی پخش
      • تاثیر توالی پلیمر بر زمان عبور
        • میانگین زمان اولین عبور
        • تابع توزیع زمان اولین عبور
        • محاسبه ی نیروی مؤثر وارد بر پلیمر
        • شناخت توالی و طول پلیمر با استفاده از میانگین و عرض تابع توزیع زمان عبور
      • بستگی زمان عبور به طول چپرون
  • چهارم بحث
  • پنجم پیوست ها
    • برنامه ی محاسباتی تحلیل جریان یونی
    • برنامه ی محاسباتی عبور پلیمر از حفره
  • ششم منابع
...see more