0.6 Ruptura mecànica de l'ADN a força controlada

En la ruptura mecànica de l'ADN a força controlada s'utilitza un algoritme de realimentació, de tal manera que la posició de la trampa es corregeix contínuament per tal que la força exercida sobre la molècula tingui el valor desitjat. Les minipinces disposen d'un algoritme que corregeix la posició de la trampa a 4 kHz. Per tant, la força es pot mantenir constant dins d'un ample de banda de 4 kHz. Això no és suficient per anular les fluctuacions de força però, en mitjana, la força es manté constant.

Els experiments a força controlada consisteixen a augmentar progressivament la força aplicada sobre l'ADN fins que les dues cadenes d'ADN se separen. A continuació s'abaixa de nou la força aplicada fins que la molècula s'hibrida de nou. Els experiments es caracteritzen pel ritme de càrrega, és a dir, el ritme al que s'augmenta la força aplicada (en piconewtons per segon).

A diferència dels experiments a posició controlada, els experiments a força controlada presenten una gran irreversibilitat. Efectivament les corbes de ruptura i de reenllaçament no són iguals com en el cas de posició constant (vegeu la Fig. 9c). La figura 21a mostra diferents cicles d'estirament i relaxació a diferents ritmes de càrrega. A mesura que augmenta el ritme de càrrega la diferència entre l'estirament i la relaxació es fa més notable. L'àrea interior que deixen els dos processos equival al treball irreversible, és a dir, l'energia que es perd en forma de dissipació. La figura 21b mostra en escala logarítmica el treball dissipat en funció del ritme de càrrega. Resulta interessant comprovar com, a velocitats de càrrega molt baixes, la dissipació és encara significativa ( $ \sim1000~k_BT$). Això indica que el procés és molt irreversible a les escales de temps del laboratori. Per tal de tenir CFD més reversibles seria necessari reduir molt el ritme de càrrega de l'experiment.

Figura 21: Experiments a força controlada. (a) Cicles d'estirament i relaxació a diferents ritmes de càrrega. (Panell inserit) Treball dissipat (area tancada pel cicle d'estirament i relaxació) vs. ritme de càrrega. (b) Histèresi en escala logarítmica. Mateix gràfic que el panell inserit en el panell a. La corba contínua tan sols és una guia visual.
\includegraphics[width=\textwidth]{resumfigs/chapter1/SMtechniques.eps}

Aquesta irreversibilitat té a veure amb les escales de temps. Efectivament, la força aplicada sobre la molècula d'ADN canvia molt més ràpidament que el temps que l'ADN necessita per acomodar-se a la nova força. Això fa que l'ADN no pugui assolir l'equilibri i presenti aquesta irreversibilitat. El paisatge d'energia lliure de la molècula permet comprendre el mecanisme que governa la ruptura. Efectivament, el paisatge d'energia lliure presenta barreres energètiques considerables, de manera que la molècula pot quedar atrapada en estats metastables. Les barreres disminueixen la seva alçada a mesura que augmenta la força fins al punt que la ruptura allibera gran quantitat d'energia de manera irreversible.



Subsections
JM Huguet 2014-02-12