Jump to content

Траектория с двумя состояниями

Рисунок 1 : Траектории с двумя состояниями

Траектория с двумя состояниями (также называемая временной траекторией с двумя состояниями или траекторией с двумя состояниями ) представляет собой динамический сигнал, который колеблется между двумя различными значениями: ВКЛ и ВЫКЛ, открытое и закрытое, и т. д. Математически сигнал имеет для каждого либо значение или .

В большинстве приложений сигнал является стохастическим ; тем не менее, он может иметь детерминированные компоненты ВКЛ-ВЫКЛ. Полностью детерминированная траектория с двумя состояниями представляет собой прямоугольную волну . Существует множество способов создания сигнала с двумя состояниями, например, многократное подбрасывание монеты.

Стохастическая траектория с двумя состояниями является одним из простейших случайных процессов. Расширения включают: траектории с тремя состояниями, траектории с более высокими дискретными состояниями и непрерывные траектории в любом измерении. [1]

[ редактировать ]

Две траектории состояния очень распространены. Здесь мы сосредоточимся на соответствующих траекториях в научных экспериментах: они наблюдаются в измерениях в химии, физике и биофизике отдельных молекул. [2] [3] (например, измерения динамики белков и динамики ДНК и РНК , [4] [5] [6] [7] [8] активность ионных каналов , [9] [10] активность ферментов , [11] [12] [13] [14] [15] квантовые точки [16] [17] [18] [19] [20] [21] ). Целью этих экспериментов является поиск правильной модели, объясняющей измеряемый процесс. [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] Ниже мы объясним различные соответствующие системы.

Ионные каналы

[ редактировать ]

Поскольку ионный канал либо открыт, либо закрыт, при регистрации количества ионов, прошедших через канал по истечении времени, наблюдается двухуровневая траектория тока в зависимости от времени.

Ферменты

[ редактировать ]

Здесь возможны несколько экспериментов по изучению активности отдельных ферментов с двухсостоятельным сигналом. Например, можно создать субстрат, который только при ферментативной активности светится светом при активации (лазерным импульсом). Итак, каждый раз, когда фермент действует, мы видим всплеск фотонов в тот период времени, когда молекула продукта находится в зоне действия лазера.

Динамика биологических молекул

[ редактировать ]

Структурные изменения молекул наблюдаются в различных типах экспериментов. резонансная передача энергии Фёрстера Примером является . Во многих случаях можно увидеть временную траекторию, которая колеблется между несколькими четко определенными состояниями.

Квантовые точки

[ редактировать ]

Другая система, которая колеблется между включенным и выключенным состояниями, — это квантовая точка . Здесь флуктуации связаны с тем, что молекула находится либо в состоянии, излучающем фотоны, либо в темном состоянии, которое не излучает фотоны (на динамику состояний также влияет ее взаимодействие с окружающей средой).

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Эрхан Цинлар (1975). Введение в случайные процессы . Prentice Hall Inc, Нью-Джерси. ISBN  978-0-486-49797-6 .
  2. ^ Мёрнер, МЫ; Оррит, М. (1999). «Освещение одиночных молекул в конденсированном состоянии». Наука . 283 (5408): 1670–6. Бибкод : 1999Sci...283.1670M . дои : 10.1126/science.283.5408.1670 . ПМИД   10073924 .
  3. ^ Вайс, Шимон (1999). «Флуоресцентная спектроскопия одиночных биомолекул». Наука . 283 (5408): 1676–83. Бибкод : 1999Sci...283.1676W . дои : 10.1126/science.283.5408.1676 . ПМИД   10073925 .
  4. ^ Шулер, Бенджамин; Липман, Эверетт А.; Итон, Уильям А. (2002). «Исследование поверхности свободной энергии на предмет сворачивания белка с помощью флуоресцентной спектроскопии одиночных молекул» . Природа . 419 (6908): 743–7. Бибкод : 2002Natur.419..743S . дои : 10.1038/nature01060 . ПМИД   12384704 . S2CID   1356830 .
  5. ^ Ян, Хау; Ло, Гобин; Карнчанафанурах, Паллоп; Луи, Тай-Ман; Речь, Иван; Кова, Серджио; Сюнь, Луин; Се, X. Санни (2003). «Конформационная динамика белка, исследуемая методом переноса электрона в одной молекуле». Наука . 302 (5643): 262–6. Бибкод : 2003Sci...302..262Y . дои : 10.1126/science.1086911 . ПМИД   14551431 . S2CID   18706150 .
  6. ^ Мин, Вэй; Ло, Гобин; Черайил, Бинни Дж.; Коу, Южная Каролина; Се, X. Санни (2005). «Наблюдение степенного ядра памяти для колебаний внутри одной белковой молекулы». Письма о физических отзывах . 94 (19): 198302. Бибкод : 2005PhRvL..94s8302M . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.198302 . ПМИД   16090221 .
  7. ^ Роудс, Элизабет; Гусаковский, Евгений; Харан, Гилад (2003). «Наблюдение за тем, как белки сворачивают одну молекулу за раз» . Труды Национальной академии наук . 100 (6): 3197–202. Бибкод : 2003PNAS..100.3197R . дои : 10.1073/pnas.2628068100 . JSTOR   3139336 . ПМЦ   152269 . ПМИД   12612345 .
  8. ^ Чжуан, X.; Ким, Х; Перейра, MJ; Бэбкок, HP; Уолтер, штат Нью-Йорк; Чу, С (2002). «Корреляция структурной динамики и функции в одиночных молекулах рибозимов». Наука . 296 (5572): 1473–6. Бибкод : 2002Sci...296.1473Z . дои : 10.1126/science.1069013 . ПМИД   12029135 . S2CID   9459136 .
  9. ^ Неер, Эрвин; Сакманн, Берт (1976). «Одноканальные токи, записанные с мембраны денервированных мышечных волокон лягушки». Природа . 260 (5554): 799–802. Бибкод : 1976Natur.260..799N . дои : 10.1038/260799a0 . ПМИД   1083489 . S2CID   4204985 .
  10. ^ Касьянович, Джон Дж.; Брандин, Эрик; Брэнтон, Дэниел; Димер, Дэвид В. (1996). «Характеристика отдельных полинуклеотидных молекул с помощью мембранного канала» . Труды Национальной академии наук . 93 (24): 13770–3. Бибкод : 1996PNAS...9313770K . дои : 10.1073/pnas.93.24.13770 . JSTOR   40976 . ЧВК   19421 . ПМИД   8943010 .
  11. ^ Лу, HP; Сюнь, Л; Се, XS (1998). «Одномолекулярная ферментативная динамика». Наука . 282 (5395): 1877–82. Бибкод : 1998Sci...282.1877P . дои : 10.1126/science.282.5395.1877 . ПМИД   9836635 .
  12. ^ Эдман, Ларс; Фёльдес-Папп, Зенон; Веннмальм, Стефан; Риглер, Рудольф (1999). «Флуктуирующий фермент: подход одной молекулы». Химическая физика . 247 (1): 11–22. Бибкод : 1999CP....247...11E . дои : 10.1016/S0301-0104(99)00098-1 .
  13. ^ Велония, Келли; Фломенбом, Офир; Лоос, Дэйви; Масуо, Садахиро; Котле, Мирча; Энгельборгс, Ив; Хофкенс, Йохан; Роуэн, Алан Э.; и др. (2005). «Одноферментная кинетика CALB-катализируемого гидролиза». Angewandte Chemie, международное издание . 44 (4): 560–4. дои : 10.1002/anie.200460625 . ПМИД   15619259 .
  14. ^ Фломенбом, О.; Велония, К; Лоос, Д; Масуо, С; Котлет, М; Энгельборгс, Ю; Хофкенс, Дж; Роуэн, А.Е.; и др. (2005). «Растянутый экспоненциальный спад и корреляции в каталитической активности колеблющихся одиночных молекул липазы» . Труды Национальной академии наук . 102 (7): 2368–72. Бибкод : 2005PNAS..102.2368F . дои : 10.1073/pnas.0409039102 . ПМК   548972 . ПМИД   15695587 .
  15. ^ Инглиш, Брайан П.; Мин, Вэй; Ван Ойен, Антуан М; Ли, Кан Тэк; Ло, Гобин; Сунь, Хонге; Черайил, Бинни Дж; Коу, Южная Каролина; Се, Икс Санни (2005). «Постоянно колеблющиеся молекулы отдельных ферментов: новый взгляд на уравнение Михаэлиса-Ментен». Химическая биология природы . 2 (2): 87–94. дои : 10.1038/nchembio759 . ПМИД   16415859 . S2CID   2201882 .
  16. ^ Не, С; Чиу, Д.; Заре, Р. (1994). «Зондирование отдельных молекул с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии». Наука . 266 (5187): 1018–21. Бибкод : 1994Sci...266.1018N . дои : 10.1126/science.7973650 . ПМИД   7973650 .
  17. ^ Шмидт, Ульрих; Вайс, Матиас (2011). «Аномальная диффузия олигомеризованных трансмембранных белков». Журнал химической физики . 134 (16): 165101. Бибкод : 2011JChPh.134p5101S . дои : 10.1063/1.3582336 . ПМИД   21528980 .
  18. ^ Зумофен, Герт; Хольбейн, Йоханнес; Хюбнер, Кристиан (2004). «Периодичность и статистика фотонов в флуоресцентной флуктуационной спектроскопии». Письма о физических отзывах . 93 (26): 260601. Бибкод : 2004PhRvL..93z0601Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.260601 . ПМИД   15697961 .
  19. ^ Коэн, Адам Э.; Мёрнер, МЫ (2006). «Подавление броуновского движения отдельных биомолекул в растворе» . Труды Национальной академии наук . 103 (12): 4362–5. Бибкод : 2006PNAS..103.4362C . дои : 10.1073/pnas.0509976103 . JSTOR   30048946 . ПМК   1450176 . ПМИД   16537418 .
  20. ^ Мёрнер, МЫ; Диксон, Роберт М.; Кубитт, Эндрю Б.; Цянь, Роджер Ю. (1997). «Мигание и переключение отдельных молекул зеленого флуоресцентного белка» . Природа . 388 (6640): 355–8. Бибкод : 1997Natur.388..355D . дои : 10.1038/41048 . ПМИД   9237752 . S2CID   4313830 .
  21. ^ Чунг, Инхи; Бавенди, Мунги (2004). «Связь между прерывистостью одиночных квантовых точек и затуханием интенсивности флуоресценции от набора точек». Физический обзор B . 70 (16): 165304. Бибкод : 2004PhRvB..70p5304C . дои : 10.1103/PhysRevB.70.165304 .
  22. ^ Бауэр, Р.Дж.; Боуман, БФ; Кеньон, Дж. Л. (1987). «Теория кинетического анализа патч-кламп данных» . Биофизический журнал . 52 (6): 961–78. Бибкод : 1987BpJ....52..961B . дои : 10.1016/S0006-3495(87)83289-7 . ПМК   1330095 . ПМИД   2447973 .
  23. ^ Кинкер, П. (1989). «Эквивалентность агрегированных марковских моделей стробирования ионного канала». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 236 (1284): 269–309. Бибкод : 1989РСПСБ.236..269К . дои : 10.1098/rspb.1989.0024 . JSTOR   2410562 . ПМИД   2471201 . S2CID   29761646 .
  24. ^ Фредкин, Дональд Р.; Райс, Джон А. (1986). «Об агрегированных марковских процессах». Журнал прикладной вероятности . 23 (1): 208–14. дои : 10.2307/3214130 . JSTOR   3214130 . S2CID   123503233 .
  25. ^ Колкухун, Д.; Хоукс, AG (1982). «О стохастических свойствах всплесков одиночных отверстий ионных каналов и кластеров всплесков». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 300 (1098): 1–59. Бибкод : 1982РСТБ.300....1С . дои : 10.1098/rstb.1982.0156 . JSTOR   2395924 . ПМИД   6131450 .
  26. ^ Песня, Л.; Мэглби, КЛ (1994). «Тестирование микроскопической обратимости при открытии макси-каналов K+ с использованием двумерных распределений времени пребывания» . Биофизический журнал . 67 (1): 91–104. Бибкод : 1994BpJ....67...91S . дои : 10.1016/S0006-3495(94)80458-8 . ПМЦ   1225338 . ПМИД   7919030 .
  27. ^ Цинь, Фэн; Ауэрбах, Энтони; Сакс, Фредерик (2000). «Скрытое марковское моделирование одноканальной кинетики с фильтрацией и коррелированным шумом» . Биофизический журнал . 79 (4): 1928–44. Бибкод : 2000BpJ....79.1928Q . дои : 10.1016/S0006-3495(00)76442-3 . ПМК   1301084 . ПМИД   11023898 .
  28. ^ Бруно, WJ; Ян, Дж; Пирсон, Дж. Э. (2005). «Использование независимых переходов от открытого к закрытому для упрощения агрегированных марковских моделей кинетики открытия ионных каналов» . Труды Национальной академии наук . 102 (18): 6326–31. Бибкод : 2005PNAS..102.6326B . дои : 10.1073/pnas.0409110102 . JSTOR   3375322 . ПМЦ   1088360 . ПМИД   15843461 .
  29. ^ Фломенбом, О.; Силби, Р.Дж. (2006). «Использование информационного содержания в траекториях с двумя состояниями» . Труды Национальной академии наук . 103 (29): 10907–10. arXiv : q-bio/0703013 . Бибкод : 2006PNAS..10310907F . дои : 10.1073/pnas.0604546103 . JSTOR   30049381 . ПМЦ   1544147 . ПМИД   16832051 .
  30. ^ Фломенбом, Офир; Клафтер, Джозеф; Сабо, Аттила (2005). «Чему можно научиться из траекторий одиночных молекул с двумя состояниями?» . Биофизический журнал . 88 (6): 3780–3. arXiv : q-bio/0502006 . Бибкод : 2005BpJ....88.3780F . дои : 10.1529/biophysj.104.055905 . ПМК   1305612 . ПМИД   15764653 .
  31. ^ Фломенбом, О.; Силби, Р.Дж. (2008). «Инструментарий для анализа конечных траекторий с двумя состояниями». Физический обзор E . 78 (6): 066105. arXiv : 0802.1520 . Бибкод : 2008PhRvE..78f6105F . дои : 10.1103/PhysRevE.78.066105 . ПМИД   19256903 . S2CID   16196911 .
  32. ^ Фломенбом, Офир (2011). «Делаем это возможным: построение надежного механизма по конечной траектории» . В Комацузаки, Тамики; Каваками, Масару; Такахаши, Сатоши; Ян, Хау; Силби, Роберт Дж. (ред.). Биофизика одиночных молекул: эксперимент и теория, том 146 . Достижения химической физики. стр. 367–93. arXiv : 0912.3952 . дои : 10.1002/9781118131374.ch13 . ISBN  978-1-118-13137-4 . S2CID   15743989 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: a6261934d56266f559bdbd0b26f88cf2__1701527820
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/a6/f2/a6261934d56266f559bdbd0b26f88cf2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Two-state trajectory - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)