Structure and Dynamics of Confined Polymers

پلیمرها برای زیست شناسی ضروری هستند زیرا می توانند درجات آزادی پایدار کافی برای ذخیره کد مولکولی وراثت و بیان توالی های مورد نیاز برای ساخت مولکول های جدید داشته باشند. از این طریق آنها تقریباً هر عملکردی را در زندگی انجام می دهند یا کنترل می کنند. اگرچه برخی از پلیمرهای زیستی ایجاد می‌شوند و تمام دوران حرفه‌ای خود را در فضای آزاد نسبتاً بزرگ درون سلول‌ها یا اندامک‌ها می‌گذرانند، بسیاری از بیوپلیمرها باید از طریق یک گذرگاه باریک مهاجرت کنند تا به مقصد مورد نظر خود برسند. این پرسش‌ها را مطرح می‌کند: چگونه محدود کردن یک پلیمر بر رفتار و عملکرد آن تأثیر می‌گذارد؟ چه چیزی در مورد برهمکنش بین مونومرهایی که پلیمر را تشکیل می دهند و مولکول هایی که آن را محدود می کنند به ما می گوید؟ آیا می‌توانیم دستگاه‌هایی را طراحی و بسازیم که عملکرد این سیستم‌های نانومقیاس را تقلید کنند؟ کارگاه تحقیقاتی پیشرفته ناتو به مدت چهار روز در بیکال، مجارستان، بیش از چهل متخصص در بیوفیزیک تجربی و نظری، زیست شناسی مولکولی، شیمی بیوفیزیک و بیوشیمی را گرد هم آورد. مقالات جمع آوری شده آنها در این کتاب بینشی در مورد فرآیندهای بیولوژیکی شامل محصور کردن ارائه می دهد و مبنایی برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی جدید با استفاده از پلیمرها تشکیل می دهد. ادموند دیمارزیو در مقاله خود می پرسد: چه چیزی در مورد پلیمرها خاص است؟ چرا پلیمرها در موجودات زنده بسیار رایج هستند؟ شیمیدان می گوید دلیل آن این است که پروتئینی که از اسید آمینه N ساخته شده است می تواند هر یک از 20 نوع مختلف را در هر موقعیت در امتداد زنجیره داشته باشد که در نتیجه 20 نیوتن پلیمر متفاوت است و پیچیدگی زندگی در این تنوع نهفته است.

Polymers are essential to biology because they can have enough stable degrees of freedom to store the molecular code of heredity and to express the sequences needed to manufacture new molecules. Through these they perform or control virtually every function in life. Although some biopolymers are created and spend their entire career in the relatively large free space inside cells or organelles, many biopolymers must migrate through a narrow passageway to get to their targeted destination. This suggests the questions: How does confining a polymer affect its behavior and function? What does that tell us about the interactions between the monomers that comprise the polymer and the molecules that confine it? Can we design and build devices that mimic the functions of these nanoscale systems? The NATO Advanced Research Workshop brought together for four days in Bikal, Hungary over forty experts in experimental and theoretical biophysics, molecular biology, biophysical chemistry, and biochemistry interested in these questions. Their papers collected in this book provide insight on biological processes involving confinement and form a basis for new biotechnological applications using polymers. In his paper Edmund DiMarzio asks: What is so special about polymers? Why are polymers so prevalent in living things? The chemist says the reason is that a protein made of N amino acids can have any of 20 different kinds at each position along the chain, resulting in 20 N different polymers, and that the complexity of life lies in this variety.