Pina Magntica

Pina MagnticaPara Molcula nicaLuciano Dias ResumoNo ambiente molecular, devido ao movimento Browniano, existem muitas flutuaes. Para uma enzima ligada a uma molcula de DNA, por exemplo, todo o conjunto se move rapidamente devido a colises com molculas de gua. Uma caracterizao mais precisa a nvel singular dessas macromolculas envolve a imobilizao parcial das mesmas.A aplicao de uma fora a uma molcula de protena, DNA ou RNA, restringe os graus de liberdade acessveis a ela, pois a confina na configurao linearizada, e com isso pode-se monitorar a ao de molculas individuais, em tempo real.

Pinas magnticas utilizam o gradiente de campo magntico produzido por pequenos ms ou eletromagnetos para, por exemplo, puxar verticalmente microesferas magnticas ancoradas a uma superfcie por uma dupla fita de DNA ou RNA, ou ainda esferas ancoradas na superfcie de clulas.A fora medida partir de medidas da amplitude das flutuaes Brownianas da microesfera, e a distncia calculada atravs da anlise das imagens das esferas .Funcionamento bsico Nas experincias, a molcula de interesse ligada a uma microparticula magntica.A pina magntica est equipada com ms que so usadas para manipular as partculas magnticas cuja posio medida com a ajuda de microscopia de vdeo.

Partculas magnticas

Partculas magnticas para a operao em pinas magnticas vm com uma vasta gama de propriedades e tm de ser escolhidos de acordo com a aplicao pretendida.

Dois tipos bsicos de partculas magnticasGrnulos super-paramagnticos

Esto comercialmente disponveis com uma srie de caractersticas diferentes.O mais comum a utilizao de partculas esfricas de um dimetro na gama do micrmetro.Eles consistem de uma matriz porosa de ltex em que nanopartculas magnticas foram incorporados.O ltex auto-fluorescente,e, portanto, pode ser vantajoso para a imagiologia da sua posio.Nanofios ferromagnticos

O uso de nanofios ferromagnticos para a operao de uma pina magntica amplia a sua variedade de aplicao experimental.O comprimento destes fios tipicamente na ordem de dezenas de nanmetros at dezenas de micrmetros, que permitem a aplicao de foras e campos muito maiores.Alm disso, eles apresentam um momento magntico remanescente.Isto permite a operao em fracas foras do campo magntico.

Determinao da foraA foraexperimentada por uma microesfera pode ser derivada a partir do potencial

O Potencial

E o momento magntico

Tipos de ims ms permanentes

ms permanentes de pinas magnticas so geralmente a partir de matria rara, como neodmioe pode atingir a intensidade de campo superior a 1,3 Tesla.A fora sobre os grnulos pode ser controlada movendo-se os ms ao longo do eixo verticalEletroms

O uso de eletroms nas pinas magnticas tem a vantagem de que a intensidade do campo e direo podem ser alteradas ajustando apenas a amplitude e a fase da corrente para os ms.Por esta razo, os ms no precisa de ser movido, que permite um controlo mais rpido do sistema e reduz o rudo mecnico.Sistema de rastreamento do Grnulo

Numa configurao tpica, o volume experimental iluminado a partir da parte superior de modo que as esferas possa produzir anis de difrao no plano focal de uma objetiva que colocado sob a superfcie da tethering (Tethering um termo em ingls que corresponde prtica de utilizar-se de um dispositivo mvel)Imagem de anis de difrao

O padro de difrao ento gravado por uma cmara CCD (Dispositivo de carga acopladaouCCD(charge-coupled device) um sensor semicondutor para captao de imagensformado por um circuito integradoque contm uma matriz de capacitoresacoplados.)A imagem pode ser analisada em tempo real por um computador. A deteo da posio no plano da superfcie de amarrao no complicada, uma vez que corresponde ao centro dos anis de difrao.Calibrao da fora aplicadaUm dos mtodo usar o arrastamento viscoso das microesferas: Por conseguinte, as microesferas so puxadas atravs do meio viscoso durante a gravao da sua posio.Uma vez que o nmero de Reynolds para o sistema muito baixo, possvel aplicar a lei de Stokes para calcular a fora de atrito que est em equilbrio com a fora exercida pelos ims:

A velocidade pode ser determinada usando os valores de velocidade gravados.A fora obtida atravs desta frmula pode ento ser relacionado a uma determinada configurao dos ms, o que pode servir como uma calibrao.

Parntese O coeficiente, nmero ou mdulo deReynolds(abreviado comoRe) umnmero adimensionalusado emmecnica dos fluidos para o clculo do regime de escoamento de determinadofluidosobre uma superfcie.Esquema completo do aparato

Comparao com outras tcnicas

A interao magntica altamente especfica para as microesfras magnticas.

O campo magntico praticamente no afeta a amostra.Enquanto...As pinas pticas tm o problema de que o feixe de laser pode tambm interagir com outras partculas da amostra biolgica devido contrastes no ndice de refrao.Alm disso, o laser pode causar fotodano e aquecimento da amostra.

No caso de microscopia de fora atmica, pode ser difcil discriminar o tipo de interao com a molcula estudada a partir de outras interaes no especficas (Vibraes podem atrapalhar o funcionamento do microscpio de fora atmica, ou seja, o som ambiente, vibraes mecnicas).

APLICAESMonitoramento das interaes do DNA-protena Controlar e monitorar o funcionamento mecnico do DNA, RNA e Protenas.Entre outros...

Exemplo: Dinmica rpida de DNA superenrolado reveladas por experincias de molcula nica Aurelien Crut*, Daniel A. Koster*, Ralf Seidel*, Chris H. Wiggins, and Nynke H. Dekker*A dinmica de DNA super-enrolado desempenha um papel importante em diversos processos celulares tais como replicao e transcrio que envolvem super-enrolamento de DNA. Ns apresentamos experincias que melhoram a nossa compreenso dessas dinmicas atravs da medio da resposta intrnseca de molculas individuais de DNA para mudanas bruscas de tenso ou toro.Os dinmica observada pode ser descrito com preciso por modelos quase-esttico, independentes do grau de super-enrolamento inicialmente presentes nas molculasO primeiro conjunto de experimentos fornece uma linha de base, abordando a dinmica de alongamento de molculas de DNA e o relaxamento do mesmo aps a aplicao sbita de uma fora externa. Esta experincia facilitada pela combinao de duas tcnicas amplamente utilizadas, pinas pticas e magnticas. Uma vantagem significativa desta configurao experimental combinada a possibilidade de controlar a taxa de alongamento do DNA.

bibliografiaI. D. Vilfan, J. Lipfer t, D. A . Koster, S. G. Lemay, and N . H. Dekker. Magnetic Tweezers for Single-Molecule Experiments

Aurlien Crut, Daniel A. Koster, Ralf Seidel, Chris H. Wiggins, and Nynke H. Dekker. Fast dynamics of supercoiled DNA revealed by single-molecule experiments