Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111)
We use ultrahigh-vacuum atomic force microscopy (UHV - AFM) to study the interaction of tobacco mosaic virus (TMV) and alfalfa mosaic virus (AMV) with a Si (111) surface. Changes of the virion conformation and different degrees of order on the investigated surface are established. It is demonstrated...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7511 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) / А.П. Шпак, В.Л. Карбiвський, Т.А. Корнiюк // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 83-87. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859639138944286720 |
|---|---|
| author | Шпак, А.П. Карбівський, В.Л. Корніюк, Т.А. |
| author_facet | Шпак, А.П. Карбівський, В.Л. Корніюк, Т.А. |
| citation_txt | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) / А.П. Шпак, В.Л. Карбiвський, Т.А. Корнiюк // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 83-87. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | We use ultrahigh-vacuum atomic force microscopy (UHV - AFM) to study the interaction of tobacco mosaic virus (TMV) and alfalfa mosaic virus (AMV) with a Si (111) surface. Changes of the virion conformation and different degrees of order on the investigated surface are established. It is demonstrated that the adsorption of TMV virions is accompanied by the formation of predominantly single-layer ordered films, while the AMV adsorption is accompanied by the formation of unordered accumulations of virions and a more abrupt change of the height of viral particles. It is established that the change of virions’ height depends on the number of negativelycharged amino acid residues on the outer surface of a capsid.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:20:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
8. Quan H.T., Liu Y., Sun C.P., Nori F. Quantum thermodynamic cycles and quantum heat engines. –
2007. – arXiv:quant-ph/0611275.
9. Arnaud J., Chusseau L., Philippe F. A simple quantum heat engine. – 2003. – arXiv: quant-ph/0211072.
10. Boukobza E., Tannor D. J. Thermodynamic analysis of quantum light amplification. – 2006. – arXiv: quant-
ph/0611175.
11. Weimer H., Henrich M. J., Rempp F. et al. Local effective dynamics of quantum systems: a generalized
approach to work and heat. – 2007. – arXiv:0708.2354[quant-ph].
12. Zurek W.H. Maxwell’s demon, Szilard’s engine and quantum measurements. – 2003. –
arXiv:quant-ph/0301076.
Надiйшло до редакцiї 18.04.2008Iнститут магнетизму НАН України, Київ
Київський нацiональний унiверситет
iм. Тараса Шевченка
УДК 539.216/22:535.33/34
© 2008
Академiк НАН України А.П. Шпак, В. Л. Карбiвський,
Т.А. Корнiюк
Поведiнка вiрусiв рослин та їх комплексiв на поверхнi
монокристала Si (111)
We use ultrahigh-vacuum atomic force microscopy (UHV — AFM) to study the interaction of
tobacco mosaic virus (TMV) and alfalfa mosaic virus (AMV) with a Si (111) surface. Changes
of the virion conformation and different degrees of order on the investigated surface are establi-
shed. It is demonstrated that the adsorption of TMV virions is accompanied by the formation
of predominantly single-layer ordered films, while the AMV adsorption is accompanied by the
formation of unordered accumulations of virions and a more abrupt change of the height of
viral particles. It is established that the change of virions’ height depends on the number of
negativelycharged amino acid residues on the outer surface of a capsid.
Вiруси складаються з нуклеїнової кислоти i глобулярних бiлкових молекул та є найпростi-
шими формами живих органiзмiв. Вiрусна частинка не має власного апарату вiдтворення,
однак, проникаючи в клiтину, забезпечує власну реплiкацiю за рахунок синтезу iнфiко-
ваною клiтиною вiрусних бiлкiв. Розмiри вiрусних частинок коливаються у межах вiд 15
до 600 нм [1, 2]. Окрiм бiологiчних ознак (здатнiсть до вiдтворення, iнфекцiйнiсть), вiруси
мають багато корисних властивостей. Зокрема, вiруснi частинки здатнi утворювати кри-
стали з вигiдними оптичними властивостями. Наявнiсть великої кiлькостi зарядiв на вну-
трiшнiй i зовнiшнiй поверхнях вiрiонiв дозволяє отримувати наночастинки матерiалiв за
допомогою бiомiметичного методу [3, 4]. Здатнiсть вiрусiв проникати до клiтини може бути
використана для створення новiтнiх внутрiшньоклiтинних нанозондiв та наносенсорiв. Най-
бiльш перспективними для застосування у нанотехнологiї є вiруси рослин, оскiльки вони
є безпечними для людини та тварин, можуть бути отриманi у великiй кiлькостi та здатнi
витримувати модифiкацiї [5].
Авторами даної роботи проведено дослiдження поведiнки палочкоподiбних вiрусiв,
зокрема, вiрусiв тютюнової мозаїки (ВТМ), що мають спiральну симетрiю, згiдно з якою
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №12 83
Рис. 1. Модель укладки бiлкових субодиниць у вiрусi тютюнової мозаїки
облаштованi їх бiлковi субодиницi (рис. 1), та вiрусiв мозаїки люцерни (ВМЛ) на поверх-
нi монокристала кремнiю (площина (111)) методом зондової мiкроскопiї високої роздiльної
здатностi.
Були використанi суспензiї ВТМ з концентрацiєю 12 мг/мл та ВМЛ з концентра-
цiєю 10 мг/мл. Суспензiї пiсля отримання наносилися на поверхню монокристала кремнiю
Si (111) за допомогою мiкрошприца. Висушування поверхнi Si (111) проводилось у струме-
нi сухого азоту, пiсля чого зразок вносився до робочої камери атомно-силового мiкроскопу
(АСМ). Залишковий тиск в камерi зондування становив 3,0 · 10
−8 Па. Для зондування по-
верхнi використовували кантилевери, виготовленi з нiтриду кремнiю — Si3N4. Дослiдження
вiрусу на поверхнi монокристала проводилося в безконтактному режимi АСМ з атомною
роздiльною здатнiстю.
Пiд час експерименту було дослiджено взаємодiю ВТМ з поверхнею Si (111) при нанесен-
нi свiжої суспензiї вiрусiв та через чотири мiсяцi пiсля її приготування. Одержанi результати
були порiвнянi з результатами дослiдження взаємодiї ВМЛ з iдентичною поверхнею.
Як видно з рис. 2, дiаметр вiрiонiв ВТМ становить ∼ 18 нм, а довжина ∼ 300 нм. Якщо
вважати форму вiрiона цилiндричною, то його висота на поверхнi повинна збiгатися з шири-
ною. На отриманих знiмках помiтно, що дiаметр вiрiонiв на поверхнi Si (111) узгоджується
з даними електронної мiкроскопiї. Однак висота вiрiонiв є значно меншою (∼ 11,4 нм), що
свiдчить про їх iстотну взаємодiю з поверхнею кремнiю. Автори роботи [6] також засвiдчу-
ють зменшення висоти вiрiонiв ВТМ з 18,0 до 15,0 нм при нанесеннi на поверхню пiролi-
тичного графiту, що була модифiкована карбоксильними та ацилхлоридними групами.
Нанесення свiжої суспензiї ВТМ на поверхню Si (111) супроводжувалось утворенням
моношарiв, в яких вiдбувалося впорядкування вiрiонiв. “Текстури” вiрiонiв, що спостерiга-
ються на поверхнi кремнiю, передусiм, зумовленi значною поздовжньою взаємодiєю вiрусiв.
При детальному розглядi отриманих зображень вiрусiв, окрiм “текстурування” на зобра-
женнях кожної частинки вiрусу спостерiгаються поперечнi профiльнi лiнiї, що, можливо,
пов’язано зi спiральною структурою внутрiшньої частини вiрiона (зумовлене наявнiстю по-
вторюваної базової структурної одиницi, яка, як вiдомо, складається з 49 субодиниць кап-
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №12
Рис. 2. Вiрiони ВТМ на поверхнi Si (111) при нанесеннi свiжої суспензiї вiруса:
а — двовимiрне зображення вiрiонiв ВТМ; б — тривимiрне зображення вiрiонiв ВТМ
Рис. 3. Вiрiони ВТМ на поверхнi Si (111) при нанесеннi суспензiї вiрiонiв через чотири мiсяцi пiсля її
приготування:
а — двовимiрне зображення вiрiонiв ВТМ; б — тривимiрне зображення вiрiонiв ВТМ
сиду та має висоту 69 Å (вiдповiдає трьом обертам спiралi). Вiдповiдна сегментованiсть
вiрiона чiткiше спостерiгається на тривимiрнiй частинi зображення (див. рис. 2).
Дослiдження впливу термiну зберiгання суспензiї пiсля її приготування на структуру
та властивостi вiрiонiв ВТМ через чотири мiсяцi показав, що поряд з утворенням моно-
шарiв на певних дiлянках спостерiгалося нашарування вiрiонiв, що, можливо, зумовлене їх
агрегацiєю при зберiганнi за кiмнатної температури. Дiаметр, довжина та висота вiрiонiв
залишилися без змiн (рис. 3).
Нанесення суспензiї вiрiонiв ВМЛ на поверхню Si (111) супроводжувалось агрегацiєю
вiрiонiв у щiльнi скупчення та зменшенням їх висоти з 19 до 9 нм. При цьому переважно
спостерiгалось утворення багатошарових невпорядкованих скупчень вiрiонiв (рис. 4).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №12 85
Рис. 4. Вiрiони ВМЛ на поверхнi Si (111) при нанесеннi свiжої суспензiї вiрiонiв:
а — зображення скупчення вiрiонiв ВМЛ; б — збiльшене зображення вiрiонiв ВМЛ
Iснує два типи адсорбцiї: 1) фiзична — вiдбувається за рахунок дисперсiйних (Ван-дер-
Ваальсових) сил, утворення водневих та iнших взаємодiй електростатичного характеру;
2) хiмiчна — за рахунок утворення хiмiчних зв’язкiв мiж адсорбатом та адсорбентом. Як
вiдомо, зовнiшня та внутрiшня поверхнi капсиду вiрусiв є протилежно зарядженими, що
зумовлене наявнiстю позитивно та негативно заряджених груп у складi бiчних радикалiв
амiнокислот. Однак поверхня Si (111) не є зарядженою i очевидно, що взаємодiя капсиду
з даною поверхнею не зумовлюється електростатичним притяганням, а тому роль подi-
бних взаємодiй є виключеною. Хiмiчна адсорбцiя також виключається, оскiльки кремнiй не
утворює хiмiчних зв’язкiв iз жодним компонентом вiрусних капсидiв. Тому найбiльш iмо-
вiрними процесами при адсорбцiї вiрiонiв на поверхнi Si (111) є Ван-дер-Ваальсовi вазємодiї
та утворення водневих зв’язкiв iз поверхнею. Ван-дер-Ваальсовi взаємодiї переважають при
адсорбцiї вiрiонiв на поверхнi графiту, оскiльки даний матерiал має гiдрофобнi властиво-
стi, i утворення бiльш мiцних водневих зв’язкiв є неможливим. Енергiя даних взаємодiй
є найнижчою (∼ 2 кДж), а тому Ван-дер-Ваальсовi взаємодiї є дуже слабкими i не супро-
воджуються значними змiнами конформацiї молекул. Наслiдком цього є вiдсутнiсть змiн
висоти вiрiонiв ВТМ на поверхнi графiту. Адсорбцiя вiрiонiв ВТМ на поверхнi Si (111), нав-
паки, супроводжується значними змiнами їх конформацiї та зменшенням висоти вiрiонiв до
11,7 нм. Подiбний результат був одержаний при дослiдженнi поведiнки вiруса мозаїки лю-
церни (ВМЛ) на данiй поверхнi. Адсорбцiя вiрiонiв ВМЛ супроводжувалася зменшенням
їх висоти з 19,0 до 9,0 нм.
Очевидно, що такi змiни конформацiї вiрiонiв зумовленi амiнокислотним складом зов-
нiшньої поверхнi капсиду. Оскiльки на зовнiшнiй поверхнi зосередженi негативно зарядженi
амiнокислотнi залишки, якi мiстять гiдроксильнi та карбоксильнi групи (серин, треонiн, ти-
розин, аспарагiнова та глютамiнова кислоти), то вони можуть забезпечувати адгезiю вiрiо-
нiв шляхом утворення водневих зв’язкiв iз поверхнею. Якщо порiвняти вмiст амiнокислот,
бiчнi ланцюги яких несуть вищезгаданi групи, у капсидних бiлкiв ВМЛ та ВТМ, то помiтно,
що вмiст таких амiнокислот у ВМЛ є бiльшим (табл. 1).
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №12
Таблиця 1
Амiнокислота ВМЛ ВТМ
Серин 15 16
Треонiн 13 16
Аспарагiнова кислота 11 8
Глутамiнова кислота 11 6
Тирозин 4 4
Таким чином, адсорбцiя вiруса тютюнової мозаїки та вiруса мозаїки люцерни на поверх-
нi Si (111) супроводжується змiнами конформацiї вiрiонiв внаслiдок утворення водневих
зв’язкiв та Ван-дер-Ваальсових взаємодiй. Змiна конформацiї полягає у зменшеннi висоти
вiрiонiв внаслiдок взаємодiї амiнокислотних залишкiв на зовнiшнiй поверхнi капсиду з ато-
мами Силiцiю на поверхнi Si (111). Адсорбцiя вiрiонiв ВТМ супроводжується утворенням
одношарових плiвок, у той час як при адсорбцiї ВМЛ на поверхнi Si (111) вiдбувається
нашарування декiлькох вiрiонiв.
Автори висловлюють подяку асистенту кафедри вiрусологiї Київського нацiонального унiвер-
ситету iм. Тараса Шевченка, канд. бiол. наук Т.П. Шевченко за наданi зразки вiрусiв.
1. Вайнштейн Б.К., Фридкин В.М., Инденбомм. Современная кристаллография. Т. 2. Структура кри-
сталлов. – Москва: Наука, 1979. – 359 с.
2. Воробьев А., Быков А.С. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. – Моск-
ва: МИА, 2008. – 272 с.
3. Sarikaya M., Tamerler C., Jen A. et al. Molecular biomimetics: nanotechnology through biology // Nature
Materials. – 2003. – 2. – P. 577–585.
4. Zhang S. Fabrication of novel biomaterials through molecular self-assembly // Nature Biotechnology. –
2003. – 2, No 10. – P. 1171–1178.
5. Krishnaswami S. Raja, Wang Q. Bionanoparticles // Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotech-
nology, 2004. – P. 321–330.
6. Fang J. Virus Nanoparticles: Adsorption and Organization on Substrates // Ibid. – P. 1–7.
Надiйшло до редакцiї 15.05.2008Iнститут металофiзики
iм. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №12 87
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7511 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:20:16Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шпак, А.П. Карбівський, В.Л. Корніюк, Т.А. 2010-03-31T16:54:00Z 2010-03-31T16:54:00Z 2008 Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) / А.П. Шпак, В.Л. Карбiвський, Т.А. Корнiюк // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 83-87. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7511 539.216/22:535.33/34 We use ultrahigh-vacuum atomic force microscopy (UHV - AFM) to study the interaction of tobacco mosaic virus (TMV) and alfalfa mosaic virus (AMV) with a Si (111) surface. Changes of the virion conformation and different degrees of order on the investigated surface are established. It is demonstrated that the adsorption of TMV virions is accompanied by the formation of predominantly single-layer ordered films, while the AMV adsorption is accompanied by the formation of unordered accumulations of virions and a more abrupt change of the height of viral particles. It is established that the change of virions’ height depends on the number of negativelycharged amino acid residues on the outer surface of a capsid. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Фізика Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) Article published earlier |
| spellingShingle | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) Шпак, А.П. Карбівський, В.Л. Корніюк, Т.А. Фізика |
| title | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) |
| title_full | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) |
| title_fullStr | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) |
| title_full_unstemmed | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) |
| title_short | Поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала Sі (111) |
| title_sort | поведінка вірусів рослин та їх комплексів на поверхні монокристала sі (111) |
| topic | Фізика |
| topic_facet | Фізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7511 |
| work_keys_str_mv | AT špakap povedínkavírusívroslintaíhkompleksívnapoverhnímonokristalasí111 AT karbívsʹkiivl povedínkavírusívroslintaíhkompleksívnapoverhnímonokristalasí111 AT korníûkta povedínkavírusívroslintaíhkompleksívnapoverhnímonokristalasí111 |