Tesis doctoral de Saurabh Raj
Esta tesis se centra en el estudio de los procesos mecanoquímicos de células y biomoléculas individuales. La mecanoquímica relaciona la interacción entre la mecánica y la química a nivel molecular. Por éste motivo, usamos una combinación entre medidas microrreológicas obtenidas mediante la técnica de la trampa óptica y espectroscopía raman. Mediante estas herramientas mostramos cómo las estructuras de las biomoléculas o de las células están conectadas con las deformaciones mecánicas. Las preguntas básicas a responder en este trabajo son: (i) cómo la muestra (eritrocito o adn) detecta fuerzas externas?(Ii)cómo dependen las propiedades viscoelásticas del ambiente en el que se encuentra la muestra?(Iii)cómo cambia la estructura de la muestra si se aplica una fuerza externa? Usamos la microrreología para estudiar la respuesta de la muestra a una fuerza externa. La microrreología de dos puntos es aplicada para estudiar muestras individuales. Una vez aplicada una cierta tensión externa a cualquiera de los objetos de estudio, es posible encontrar efectos no lineales en la respuesta mecánica. Con el objeto de detectar cambios en la estructura molecular usaremos espectroscopía raman. La señal raman de compuestos biológicos es compleja y rica en información. Debido a ello, un procesamiento estadístico es un aspecto que ha siempre de acompañar a los datos experimentales. En este aspecto, para profundizar en la información que nos ofrece la muestra, usaremos técnicas como pca y 2dcs. La medida del espectro raman de una molécula individual de adn es casi imposible si tenemos en cuenta la escasa anchura del adn junto a la baja eficiencia de raman. Para superar esta dificultad haremos uso del efecto sers. Gracias a esta técnica podremos obtener medidas de raman de una molécula individual de adn. Nuestro estudio describe los cambios estructurales de la cadena de fosfatos cuando el adn es estirado dentro del régimen de fuerza entrópica. La explicación establecida es que las fuerzas simplemente se equilibran mediante una reducción de la entropía del adn cuando la molécula es estirada. Si bien esto es correcto, nosotros observamos cambios estructurales a nivel de enlace cuando la biomolécula es estirada aplicando fuerzas débiles. Este hecho no había sido medido nunca antes experimentalmente y permite obtener una diferente visión de las propiedades mecánicas del adn y su interacción con las proteínas que acaecen en este régimen de fuerzas. Estos resultados experimentales están confirmados gracias a simulaciones de la dinámica molecular. La señal raman de un glóbulo rojo (gr) individual es obtenida para diferentes grados de tensión celular. Es posible identificar tres diferentes regiones. Aunque algunas bandas presentan una intensidad sin cambios significativos, observamos un aumento (o reducción) en la intensidad de ciertos picos. Hasta un 15% de extensión desde el estado en reposo, el gr no presenta ningún cambio significativo en su espectro raman. Esta primera región nos indica que el gr absorbe pequeñas tensiones sin ningún cambio significativo en su estructura molecular. De un 15% a un 20% de elongación, es apreciable un aumento (o disminución) casi lineal de ciertas bandas. Esto nos muestra cómo en esta región intermedia de fuerzas, la estructura molecular de la célula comienza a cambiar. A fuerzas mayores, la intensidad muestra una pequeña saturación, que a continuación empezar a disminuir (o aumentar). Bajo nuestras hipótesis, a estas extensiones, las fuerzas moleculares alcanzan su límite máximo y para mayores extensiones, los enlaces se reordenan. Los cambios en la intensidad de algunas bandas concuerdan con la no linealidad del glóbulo rojo, al igual que en las medidas microrreológicas. La novedad presente en esta tesis se encuentra en la combinación de la microrreología con la espectroscopía raman, y por tanto de poder relacionen los cambios de las propiedades viscoelásticas de la muestra con cambios en la estructura molecular
Datos académicos de la tesis doctoral «Mechanochemical study of single living cells and biomolecules combining optical tweezers and raman spectroscopy«
- Título de la tesis: Mechanochemical study of single living cells and biomolecules combining optical tweezers and raman spectroscopy
- Autor: Saurabh Raj
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 05/11/2012
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Dimitri Petrov
- Tribunal
- Presidente del tribunal: pavel Zemanek
- david Mcgloin (vocal)
- (vocal)
- (vocal)