Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 1 Single Molecule Biophysics Verification of the Crooks fluctuation theorem and recovery of RNA folding free energies D. Collin, F. Ritort, C. Jarzynski, S. B. Smith, I. Tinoco Jr and C. Bustamente Nature, 437, p , (2005)

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 2 Single Molecule Biophysics Oversigt Mål med artikel Metoder Resultater Perspektiver

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 3 Single Molecule Biophysics Mål med artikel Bruge fluktuations teorier til at bestemme termodynamisk fri energi forskelle ud fra ikke-ligevægts-veje Vise at Crooks flucturation theorem kan bruges til at bestemme den frie energi ved foldning af RNA strukturer som sker tæt på og langt fra ligevægtsbetingelser

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 4 Single Molecule Biophysics Metoder De måler på: RNA hairpin ved 3 loading rates 16S rRNA, Wild-type + mutant 16S rRNA med Mg 2+

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 5 Single Molecule Biophysics Metoder – Crooks flucturation theorem (CFT) Sandsynligheds-fordeling af arbejde (W) gjort på molekylet ved udfoldning Sandsynligheds-fordeling af arbejde (-W) gjort på molekylet ved foldning Ændring i fri energi mellem udgangs state og slut state Integralet (summen) af kraft * vej for N s intervaller

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 6 Single Molecule Biophysics Ved W = ΔG er P U (W) = P R (-W) Altså: Find P U (W) og P R (W) empirisk – deres skæring vil være være uafhængig af loading rate og være et udtryk for ΔG/k B T (givet at det foregår ”nær” ligevægt) Loading rate skal være den samme for udfoldning og foldning Start og slut skal altid være i et ligevægts-stadie Metoder – Crooks flucturation theorem (CFT)

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 7 Single Molecule Biophysics Results W U > |W R |

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 8 Single Molecule Biophysics Resultater – nær ligevægt Irreversibilitet stiger med loading rate Estimat for ΔG er ikke påvirket af loading rate Ved W = ΔG er P u (W) = P R (-W) Passer med forventede værdier fra software

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 9 Single Molecule Biophysics Resultater – nær ligevægt Stor fællesmængde

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 10 Single Molecule Biophysics Resultater – langt fra ligevægt (loading rate ?) Langt fra ligevægt er der større tab af arbejde. Sandsynlighedsfordeling for udfoldning er ikke længere gaussisk CFT glæder stadig (insert), men vi anvender ikke den direkte metode til bestemmelse af ΔG idet fællesmængde er for lille – i stedet bruges Bennett’s acceptance ratio. Man kan se en forskel på kun ét basepar.

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 11 Single Molecule Biophysics Resultater – Bennett’s acceptance ratio Omskrivning af CFT: ΔG findes ved skæring mellem: og

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 12 Single Molecule Biophysics Resultater – Effekt af Mg 2+ (loading rate ?) Irreversabliteten stiger i tilstedeværelse af Mg 2+ Bennett’s anvendes igen Magnesium stabilisere strukturen

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 13 Single Molecule Biophysics Oversigt – eller noget… ΔG er uafhængig af pull speed Tab af arbejde stiger med pull speed CFT kan anvendes selv langt fra ligevægt Opløsning god nok til at skelne strukturer som er nært relaterede Man kan kvantificere stabiliserende effekter af ioner

Sted og dato (Indsæt --> Diasnummer) Dias 14 Single Molecule Biophysics Perspektiver  Ikke-ligevægts kraft målinger på enkelt molekyle kan anvendes til at udtale sig om ligevægtsinformation, f.eks. fri energi ved foldning  Målinger behøves ikke at blive foretaget nær ligevægt  Tabt arbejde skal helst være under 100k B T  Kan ikke anvendes til at undersøge f.eks. makromolekylær assembly, hvor der ikke måles på kraft*vej