Nanopori functionali in biomembrane artificiale – ‘it takes at least two to tango’

1. Nanopori functionali in biomembrane artificiale – ‘it takes at least two to tango’ Tudor Luchian UAIC Iasi, Facultatea de Fizica, Lab. de Biofizica si Fizica Medicala

2. SUMAR • Nanopori proteici transmembranari • Contributii personale recente • Biofizica nanostructurala la UAIC Iasi

3. Arhitectura moleculara a unei biomembrane

5. Nanopori proteici transmembranari

6. Nanoporii sunt omniprezenti in structurile biologice, iar in literatura sunt cunoscuti sub denumirea de • ‘pori’ cand diametrul lor este de ordinul ‘nm’ sau • ‘canale ionice’ cand diametrul lor este sub-nanometric. • Pentru anumite aplicatii, nanoporii biologici sunt modificati ‘in-vitro’; pentru alte aplicatii practice, noi tipuri de nanopori sunt construiti pornindu-se de la ‘matrite’ biologice naturale. • Proteinele biologice din categoria nanoporilor exista in doua mari categorii: structuri de tip ‘a-helix’ sau de tip ‘b-barrel’. • Din prima categorie fac parte cu precadere canalele ionice si receptorii proteici transmembranari. • Structurile de nanopori de tip ‘b-barrel’ sunt prezente in membrana externa a tuturor bacteriilor gram-negative si in anumite toxine nanoporoase.

7. Receptorul de ACh – implicat in transmiterea informatiei sinaptice in placa motorie Nigel Unwin, FEBS Letters 555 (2003) 91-95

8. Voltage-dependent potassium channel Roderick MacKinnon, FEBS Letters 555 (2003) 62-65

9. OmpF porin Sergey M. Bezrukov, PNAS July 23, 2002 vol. 99 9789–9794

10. OmpF porin – AFM imaging Daniel J. Muller and Andreas Engel, J. Mol. Biol. (1999) 285, 1347-1351

11. a-Hemolysin este un nanopor-toxina produs de Staphylococcus aureus • Secretat initial ca un monomer de 33.2 kDa, dupa fuziunea cu o membrana celulara, sapte monomeri de acest tip oligomerizeaza pentru a forma o proteina integrala de 232.4-kDa • a-Hemolysin formeaza un canal ionic prin membrana ‘gazda’, a carui structura a fost determinat prin cristalografie cu raze X la un nivel de rezolutie de 1.9 A (Hagan Bayley) • Porul apos este un ‘14 strand antiparallel b-barrel’, in care fiecare monomer contribuie cu doua domenii ‘antiparallel b-barrel’

13. Am demonstrat posibilitatea practica de a monitoriza, prin masuratori electrice, reactii chimice la nivel de singura molecula ce au loc in interiorul nanocavitatii generate de porul proteic utilizat. • Curentul electric ionic inregistrat in prezenta unei diferente de potential aplicata extern este dependent de marimea, forma si polaritatea reactantilor. Astfel, re-aranjari moleculare si interactiuni cuantice intre reactanti pot fi monitorizate cu succes. • ‘Stochastic sensing’ este o metoda de ‘single molecule detection’ ce da informatii despre identitatea si concentratia diversilor analiti studiati. • Aceasta metoda este implementata prin inregistrati de curent printr-o singura nano-cavitate, astfel conceputa incit sa interactioneze specific cu anumiti analiti de interes (‘bio-weapons’).

14. Contributii personale recente

15. Cai reversibile de reactie pentru o interactiune covalenta ireversibila

16. k1-obs = 4.9 +/- 0.5X 103 M-1s-1

17. The short-lived, spectroscopically-inactive intermediate in the DTT cleavage reaction was observed for the first time and the dependence of its lifetime on pH was measured. pKa = 9.5 +/- 0.2 k3 = 250 +/- 80 s-1

18. Biofizica nanostructurala la UAIC Iasi

19. electrode holder buffer in-out Teflon chamber Teflon sheet Rfeedback Iionic I / V Uout Vcommand Zoom in

21. SEMNAL DE ALARMA Germania - Romania Pamant - Marte

22. Multumiri • Profesor Hagan Bayley, Oxford University, UK • Profesor Gheorghe Popa, MECT, RO