Structural-elastic determination of the lifetime of biomolecules under force

来源 :2017中国生物材料大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianaiguo
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  Force-dependent strand-separation of DNA or ligand-receptor complex has been used as means to tune stiffness of hydrogel,and as a reporter to measure the level of mechanical forces developed between cells and extracellular matrix.In addition,a force-dependent lifetime of protein domains a crucial role in mechanosensing of cells.In spite of its biological and practical importance,how force affects the lifetime of molecules remains poorly understood.Here,we report a new analytical expression of the force-dependent molecular lifetime derived based on the structural-elastic properties of the molecules,for transitions that contain a single barrier.The values of the parameters of this model directly inform us of the differential structural-elastic properties of the molecules between the transition and native states.Further,with additional information on the structural-elastic properties of the native state that can be obtained based on the molecular structure and all-atom molecular dynamics simulations,the structural-elastic properties of the transition state can be uniquely determined by the values of the parameters.We demonstrate the applications of this model by applying it to explain complex force-dependent lifetime data for several molecules reported in recent experiments and predict the structural-elastic properties of the transition states of these molecules using the best-fitting values of the parameters.This model can be used to guide the design of interacting molecular pairs to achieve targeted mechanical properties of hydrogels.
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