Sejtbiológiai folyamatok vizsgálata statisztikus fizikai módszerekkel
Angol cím
Studies of biological processes of the cell using the methods of statistical physics
zsűri
Fizika
Kutatóhely
Biológiai Fizika Tanszék (Eötvös Loránd Tudományegyetem)
projekt kezdete
2003-01-01
projekt vége
2005-12-31
aktuális összeg (MFt)
2.208
FTE (kutatóév egyenérték)
0.00
állapot
lezárult projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
- 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].
kutatási eredmények (angolul)
- 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
