I. Resum de la tesi en català

Sumari

La biofísica molecular és una disciplina científica que estudia les biomolècules. Aquesta disciplina ha experimentat una revolució gràcies al desenvolupament de les tècniques de manipulació de molècules individuals. Aquestes tècniques permeten obtenir nous tipus de mesures que complementen les tècniques tradicionals realitzades en volum (és a dir, amb quantitats de molècules de l'ordre del mol). Les pinces òptiques són una tècnica experimental que utilitza la pressió de radiació de la llum per exercir forces en microesferes dielèctriques. Les biomolècules poden enllaçar-se amb aquestes microesferes per tal de realitzar experiments d'estirament. Les Minipinces són un instrument de pinces òptiques amb dos làsers contra-propagants que utilitza la conservació del moment lineal de la llum per tal de mesurar la força exercida sobre les microesferes. L'instrument té una gran estabilitat i resolució (0.1 pN en força i 0.5 nm en distància) en les mesures. Les propietats de l'ADN es poden estudiar amb les Minipinces a nivell de molècules individuals. L'ADN és una biomolècula formada per una doble hèlix que emmagatzema la informació genètica de la cèl·lula. Els experiments de ruptura mecànica de l'ADN consisteixen a separar les dues cadenes mitjançant l'aplicació de força als extrems de la molècula. En aquest procés, els parells de bases (pb) són romputs seqüencialment, mostrant una successió de regions cooperatives de ruptura (RCR) de diferents grandàries (entre 1-100 pb). En un experiment de ruptura d'ADN, es mesuren les corbes de força vs. distància (CFD) de la molècula. Aquestes corbes tenen una forma característica de dent de serra que depèn de la seqüència de la molècula. La CFD s'analitza d'acord amb una aproximació bayesiana per tal d'inferir la distribució de grandàries de les RCRs. La precisió experimental no permet observar RCRs de grandàries inferiors als 10 pb. A més, la ruptura dels parells de bases d'un en un només es pot assolir si es disposa d'una trampa òptica amb una rigidesa superior als 0.1 N/m. Aquest valor coincideix amb la rigidesa d'un únic nucleòtid d'ADN i s'ha deduït a partir d'un model de joguina específicament introduït per tal d'estudiar les distribucions de grandàries de les CFD. Per altra banda, les CFD es poden predir teòricament mitjançant el model de primers veïns (PV) adaptat als experiments de ruptura. El model de PV descriu la reacció d'hibridació de dues cadenes d'ADN. Ajustant les mesures experimentals de les CFD al model de PV, es poden obtenir les 10 energies de formació a PV amb una precisió de entre 10 mM-1 M de concentració de cations monovalents. Els resultats mostren que les CFD de ruptura i les temperatures de desnaturalització d'oligonucleòtids es poden descriure correctament amb una correcció específica de sal per a cadascuna de les 10 energies de formació a PV. Per altra banda, la ruptura d'ADN també es pot realitzar a força controlada. Aquest tipus d'experiments presenten molta histèresi i són irreversibles. El paisatge d'energia lliure és una eina que ajuda a entendre aquest tipus d'experiments a força controlada. Finalment, el treball presentat en aquesta tesi es pot estendre per tal de trobar aplicacions pràctiques a la ruptura de l'ADN, com ara la seqüenciació de l'ADN per aplicació de força, i la mesura de les propietats termodinàmiques de les molècules en aquelles condicions en que els experiments de volum no són factibles.



Subsections
JM Huguet 2014-02-12