Il contributo delle nanoscienze alla comprensione dei fenomeni biologici Mariano Venanzi Bio-NAST Laboratory Università di Roma Tor Vergata

Single Molecule Detection Single Molecule Detection Rivelazione ottica e manipolazione di singole molecole Scanning Tunneling Microscopy effetto tunnel elettronico Atomic Force Microscopy interazioni elettroniche deboli

LSTM ha permesso non solo di vedere singole molecole, ma anche di toccare e spostare singoli atomi o di sentire le loro vibrazioni. Da questo punto di vista, lSTM può essere considerato come gli occhi, le mani e le orecchie dei ricercatori. Uno strumento unico capace di connettere il mondo macroscopico dei nostri sensi al mondo nanometrico degli atomi e delle molecole. Saw-Wai Hla, Ohio University

Immagine STM ad alta risoluzione di un DNA plasmide su mica Nella posizione della freccia il DNA ha una larghezza di 3nm e una altezza di 0.65 nm. Parametri di tunneling: -1.9V, 0.3 pA.

Citocromo c su Au(111) Electron Transfer Proteins 26nmx26nm10nmx10nm

Corral quantistici: atomi di Ferro su Cu(111) (r=7.3 nm)

Xe su Ni(110) CO su Cu(110)

Imaging di biomolecole in condizioni fisiologiche DNA Complessi DNA-proteina

100 pN 200 pN Bacteriorodopsina nella membrana cellulare citoplasmatica

Strato cellulare protettivo di Deinococcus radiodurans

5 nm Cr + 50 nm Au + tioalcano funzionalizzato (X)

2 x 2

Impara ad usare la forza

Quanta forza serve per svolgere un tratto di DNA?

Spettroscopia di singola molecola

caratterizzazione di popolazioni eterogenee di molecole - - distribuzioni locali, traiettorie nel tempo fluttuazioni in condizioni di equilibrio cinetiche di reazione di singoli componenti in condizioni di non-equilibrio - - intermedi e cammini di reazione Studio di singole biomolecole in condizioni fisiologiche

Le dimensioni di un probe (0.1 nm) sono molto minori della luce emessa (500 nm). Lo spot di luce può essere localizzato con grande precisione (decimi di nanometro). Funzionalizzazione di biomolecole mediante sonde fluorescenti legate covalentemente e in maniera specifica

Fluorescenza di singole molecole di flavoenzima. Ogni picco rappresenta una molecola del cofattore flavina legata allenzima. La reazione enzimatica di ogni singolo addotto enzima/cofattore puo essere seguita in tempo reale Lampadine molecolari: molecole che si accendono quando si legano

Biomolecole legate a sferette di polistirene o di silice (1 m)

Boyer and Walker, Nobel 1997

Un motore a scatti di 120°

Il motore F0 Il motore F1 Membrana mitocondriale Nel mitocondrio

Kinesina in moto : un trasportatore al lavoro Una molecola di ATP 8 nm

Un esperimento a due trappole!

weak trap tight trap 410 s 3 s

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