Sejtbiológiai folyamatok vizsgálata statisztikus fizikai módszerekkel
Title in English
Studies of biological processes of the cell using the methods of statistical physics
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Department of Biological Physics (Eötvös Loránd University)
Starting date
2003-01-01
Closing date
2005-12-31
Funding (in million HUF)
2.208
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
- Elméleti számítások és numerikus szimulációk segítségével megmagyaráztuk a DNS molekuláknak a sejtmag nanopórusain való áthaladásának mechanizmusát [1]. Kidolgoztunk egy olyan módszert, amely lehetővé teszi a polimerdinamikai szimulációk jelentős felgyorsítását a monomerek közötti kötések hosszának és hajlítási merevségének renormálásával.
- Megmutattuk, hogy 2-dimenziós random potenciálban a "racsni effektus" (amely a molekuláris motorok működésének az alapja) nagyléptékű mintázatok kialakulásához vezet [6].
- Fehérjék adszorpciójára megalkottunk egy modellt, amely segítségével a zürichi ETH-ban végzett fehérjekicserélődéses kísérleteket értelmeztük [2]. A dinamikus erőspektroszkópia pontosabb elméleti leírását adtuk arra az esetre, amikor egy adhéziós kötés elszakítása során a rendszer több, egymást követő energiagáton megy keresztül [3].
- Optikai csipesz segítségével megmértük az erő-megnyúlás görbét membrán nanocsövek kialakulásakor. Azt tapasztaltuk, majd elméleti számításokkal is alátámasztottuk, hogy az erő nem-monoton módon változik, a maximuma lineárisan függ a húzási terület sugarától, és elsőrendű átalakulást mutat [5]. Kvantitatív leírását adtuk egy membrán veszikulumból kihúzott két nanocső összeolvadásának. Az eredmények új mérési módszert kínálnak a biológiai membránok rugalmas paramétereinek meghatározására [4]. Megmutattuk továbbá, hogy ha görbületre érzékeny fehérjék találhatók a membránban, akkor létezik egy kritikus fehérjekoncentráció, amely felett stabil nanocső nem jöhet létre, a membrán húzása során pedig újabb és újabb hólyagocskák válnak le [7].
Results in English
- With the help of theoretical calculations and numerical simulations we explained the mechanism of DNA translocation through the nanopores of the cell nucleus [1]. We also developed a method for speeding up the polymer dynamics simulations by renormalizing the bond length and the bending rigidity.
- We showed that in 2-dimensional random potentials the "ratchet effect" (which is the basic mechanism of the operation of molecular motors) leads to the appearance of large-scale patterns [6].
- For protein adsorption we constructed a model, with which we could interpret the protein exchange experiments performed at the ETH Zürich [2]. We gave a refined theoretical description of the dynamic force spectroscopy in case the system overcomes several energy barriers during the rupture of an adhesion bond [3].
- Using optical tweezers we measured the force-extension curves during the formation of membrane nanotubes. We found and explained theoretically that the force changes non-monotonically, its maximal value depends linearly on the radius of the pulling area, and undergoes a first order transition [5]. We gave a quantitative description of the coalescence of two membrane nanotubes pulled from a single vesicle. Our results provide a new method for the determination of the elastic properties of biological membranes [4]. We also showed that if the membrane contains curvature sensitive proteins, then there exists a critical protein concentration, above which no stable tube can form and the pulling of the membrane leads to vesiculation [7].
M. A. Makeev, I. Derényi, and A.-L. Barabási: Emergence of large-scale vorticity during diffusion in a random potential under an alternating bias, Phys. Rev. E 71, 026112, 2005
G. J. Szöllősi, I. Derényi, and J. Vörös: Reversible mesoscopic model of protein adsorption: From equilibrium to dynamics, Physica A 343, 359-375, 2004
G. Koster, A. Cacciuto, I. Derényi, D. Frenkel, and M. Dogterom: Force barriers for membrane tube formation, Phys. Rev. Lett. 94, 068101, 2005
I. Derényi, D. Bartolo, and A. Ajdari: Effects of intermediate bound states in dynamic force spectroscopy, Biophys. J. 86, 1263-1269, 2004
D. Cuvelier, I. Derényi, P. Bassereau, and P. Nassoy: Coalescence of membrane tethers: Experiments, theory, and applications, Biophys. J. 88, 2714-2726, 2005
Imre Derényi, Gerbrand Koster, Martijn M. van Duijn, András Czövek, Marileen Dogterom, and Jacques Prost: Membrane nanotubes, Lecture Notes in Physics (accepted for publication), 2006
Z. Farkas, I. Derényi, and T. Vicsek: DNA uptake into nuclei: numerical and analytical results, J. Phys. Condens. Matter 15, S1767-S1777, 2003
