Molecular propulsion: chemical sensing and chemotaxis of DNA driven by RNA polymerase.
Molecular propulsion: chemical sensing and chemotaxis of DNA driven by RNA polymerase.
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DOI：
10.1021/ja900372m
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发表时间：
2009-04-29
影响因子：
15
通讯作者：
Schwartz DC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yu H;Jo K;Kounovsky KL;de Pablo JJ;Schwartz DC
活细胞感知细胞外信号并指导它们的运动以响应环境中的刺激。这种自主运动使这些机器能够在一定距离内采样化学变化，从而产生趋化性。据报道，合成催化棒对过氧化氢燃料具有化学毒性。然而，尚未证明在生理条件下生物分子群体的运动的个体化自主控制。在这里，我们展示了第一个实验证据，即由DNA模板和相关RNA聚合酶（RNAP）组成的分子复合物显示由转录底物三磷酸核苷（NTPs）驱动的化学动力学运动。此外，这种分子复合物表现出偏向迁移到浓度梯度的NTPs，类似于趋化性。我们将这种行为描述为“分子推进”，其中RNAP转录作用使DNA模板构象变形，从而产生可测量的运动性增强。我们的研究结果提供了新的机会，通过在实验系统内施加外部触发器来设计和指导纳米机器。
Living cells sense extracellular signals and direct their movements in response to stimuli in environment. Such autonomous movement allows these machines to sample chemical change over a distance, leading to chemotaxis. Synthetic catalytic rods have been reported to chemotax toward hydrogen peroxide fuel. Nevertheless individualized autonomous control of movement of a population of biomolecules under physiological conditions has not been demonstrated. Here we show the first experimental evidence that a molecular complex consisting of a DNA template and associating RNA polymerases (RNAPs) displays chemokinetic motion driven by transcription substratesnucleoside triphosphates (NTPs). Furthermore this molecular complex exhibits a biased migration into a concentration gradient of NTPs, resembling chemotaxis. We describe this behavior as “Molecular Propulsion”, in which RNAP transcriptional actions deform DNA template conformation engendering measurable enhancement of motility. Our results provide new opportunities for designing and directing nanomachines by imposing external triggers within an experimental system.
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