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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.43.2010.tde-20122010-220157
Documento
Autor
Nombre completo
Cássio Alves
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2010
Director
Tribunal
Oliveira, Elisabeth Andreoli de (Presidente)
Bechtold, Ivan Helmuth
Lamy, Maria Teresa Moura
Título en portugués
Propriedades dinâmicas de fases condensadas de DNA
Palabras clave en portugués
Biofísica
Física da matéria condensada
Físico-química
Mudança de fase
Processamento de imagens
Resumen en portugués
A preparação de vetores sintéticos para terapia gênica envolve a encapsulação de DNA em pequenos volumes em altas concentrações e nessas condições sabe-se que as moléculas de DNA podem ser organizar formando estruturas líquido-cristalinas. Essas moléculas, uma vez incorporadas a célula devem difundir e vários trabalhos experimentais têm mostrado que essa difusão é limitada pelo tamanho dos fragmentos de DNA. É nesse contexto que soluções de DNA in vitro constituem um sistema modelo para o estudo de processos dinâmicos de difusão na fase isotrópica e na fase anisotrópica. Neste trabalho investigamos a difusão de fragmentos de DNA de 150 pares de base dispersos em água com concentrações variando no intervalo de 80 a 350 mg/ml, que se situam no domínio da fase isotrópica e da fase colestérica, passando uma região intermedi ária de coexistência de fases. Nessas soluções foi acrescentado sal, em concentração suciente para blindar as interações eletrostáticas repulsivas, de maneira que os fragmentos de DNA podem ser tratados como cilindros rígidos e não interagentes. A técnica de FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleach) foi empregada para determinação do coeciente de difusão dos fragmentos de DNA que foram marcados com uma prova uorescente, que se intercala entre os nucleotídios por meio de uma ligação covalente. As imagens de FRAP foram analisadas segundo dois métodos diferentes para ajuste do perl de intensidade de luz na mancha de bleach, que pode ser dado por uma função gaussiana, no caso de um processo de difusão isotrópico, ou uma por uma função de Bessel modicada no caso de um processo de difusão anisotrópico. Na fase isotrópica a função gaussiana é a que melhor descreve o perl de intensidade de luz da mancha de bleach e o valor obtido para o coeciente de difusão dos fragmentos de DNA está em torno de 20 m2=s, que é um valor compatível com os valores encontrados na literatura para soluções de DNA com fragmentos de mesma dimensão na fase isotrópica. Na fase colestérica, a análise das imagens de FRAP mostrou que o perl de intensidade de luz é mais bem ajustado por uma função de Bessel modi- cada, permitindo a determinação dos coecientes, D1 e D2, que correspondem aos coecientes de difusão paralelo e perpendicular à direção de orientação molecular local, respectivamente. Nessa mesofase, os valores obtidos para o coeciente de difusão estão entre 101m2=s e 102m2=s, com uma anisotropia, D1=D2 = 12. Esses resultados são compatíveis com os obtidos para soluções de vírus fd na fase nemática. Também foram feitas medidas para amostras com composição que se situam na região intermediária entre a fase isotrópica e a fase colestérica e que podem apresentar duas ou até três fases em coexistência. A análise das imagens permitiu a identicação de processos de difus ão anisotrópico e isotrópicos, em uma mesma amostra, comprovando a coexistência de fases que não são identicadas apenas pela observação da textura em microscopia de luz polarizada.
Título en inglés
DYNAMIC PROPERTIES OF PHASES OF CONDENSED DNA
Palabras clave en inglés
Biophysics
Condensed matter physics
Image processing.
Phase change
Physical Chemistry
Resumen en inglés
Preparation of synthetic vectors for gene therapy applications implies encapsulation of DNA in small cavities in high concentrations and in these conditions DNA molecules self-organize forming liquid crystalline structures. Once incorporated to the cell, DNA must diuse in cytoplasm and many experimental work have demonstrated that such diusion is limited by the fragments size. In this context, DNA solutions can be regarded as a promising model system for investigating isotropic and anisotropic diusion. In this work we have investigated diusion of DNA fragments, (150 base pairs), dissolved in water, for concentrations varying from 80 mg/ml to 350 mg/ml, ranging the domains of isotropic and cholesteric phases, with an intermediary region of phase coexistence. Salt was added to the solution, in concentration high enough to screen repulsive electrostatic interactions allowing us to regard DNA fragments as non interacting rigid rods. FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleach) technique was used to determine diusion coecients of DNA fragments marked with a uorescent probe, which binds covalently to the nucleotides. Analysis of FRAP images are performed following two possible ttings to the intensity prole in bleach zone, which can be a Gaussian function, for isotropic diusion, either a Bessel modied function if the diusion process is anisotropic. In the isotropic phase the Gaussian function was found to be more appropriate to describe the intensity prole in the bleach spot zone, resulting in a diusion coecient around 20 m2=s, which is compatible with values reported in literature for DNA solutions of fragments of the same dimension in the isotropic phase. Image analysis in the cholesteric phase has shown that light intensity prole of the bleach spot is best tted with a Bessel modied function, allowing us to determine two diusion coecients, D1 and D2, corresponding to the diusion coecients parallel and perpendicular to the local molecular orientation, respectively. In such mesophase the obtained values for the diusion coecients are around 101m2=s and 102m2=s, with an anisotropy; D1=D2 = 12. Such results are compatible with results obtained in the nematic phase of virus fd solutions. Solutions with concentrations lying in the intermediary zone presenting two or even three phase in coexistence were also investigated. By applying the two tting proles to the bleach spot it was possible to identify zones in the sample corresponding to isotropic diusion process and other zones presenting anisotropic diffusion process. This conrms the coexistence of isotropic and anisotropic phases, which cannot be identied only by optical polarized microscopy.
 
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dissertacaoCAlves.pdf (25.58 Mbytes)
Fecha de Publicación
2011-02-11
 
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