Language
Country/Area
No result found
Panjangnya polimer yang misterius: Apa itu panjang persistensi dan bagaimana pengaruhnya terhadap perilaku molekuler?
Dalam ilmu polimer, panjang persistensi adalah sifat mekanis mendasar yang digunakan untuk mengukur kekakuan lentur polimer. Sifat ini membuat molekul polimer berperilaku seperti batang atau balok elastis yang fleksibel. Perilaku polimer berbeda secara signifikan tergantung pada panjangnya: jika segmen polimer lebih pendek dari panjang persistensi, segmen tersebut akan berperilaku seperti batang kaku; untuk segmen yang lebih panjang dari panjang persistensi, sifatnya hanya dapat dijelaskan secara statistik. Deskripsi, model yang mirip dengan jalan acak tiga dimensi.
Panjang persistensi didefinisikan sebagai jarak di mana korelasi orientasi molekuler menghilang.
Lebih formal, panjang persistensi P dapat didefinisikan sebagai jumlah proyeksi rata-rata semua ikatan berikutnya j (j ≥ i) dari setiap ikatan i ke beberapa segmen rantai dalam panjang tak terbatas. Secara khusus, hal ini dapat ditemukan dengan mempertimbangkan vektor yang bersinggungan dengan posisi 0 dan kemudian mempelajari sudut θ pada jarak L dari posisi 0.
Nilai yang diharapkan dari panjang persistensi menurun secara eksponensial terhadap jarak. Rumusnya adalah: ⟨cos θ⟩ = e^{-(L/P)}.
Biasanya, panjang persistensi P dianggap setengah dari panjang Kuhn, yaitu panjang segmen yang diasumsikan dapat dihubungkan secara bebas. Panjang persistensi juga dapat dinyatakan dengan kekakuan lentur Bs, modulus Young E dan penampang rantai polimer.
Dengan mempertimbangkan pelindung elektrolit, panjang persistensi polimer bermuatan akan bergantung pada konsentrasi garam di sekitarnya. Model Odijk, Skolnick, dan Fixman digunakan untuk menggambarkan panjang persistensi polimer bermuatan.
Contoh panjang persistensi
Misalnya, panjang persistensi mi spageti hidup diperkirakan sekitar 1018 meter (dengan asumsi modulus Young 5 GPa dan radius 1 mm). Panjang persistensi DNA heliks ganda sekitar 390 angstrom. Hanya karena spageti hidup memiliki panjang persistensi yang begitu besar tidak berarti ia tidak fleksibel; itu hanya berarti bahwa pada suhu 300K, spageti akan membutuhkan 1018 meter untuk mengatasi Tekukan akibat fluktuasi termal.
Ambil contoh tali yang panjang dan sedikit fleksibel; pada jarak pendek tali pada dasarnya kaku. Ketika Anda melihat dua titik tali yang sangat berdekatan, arah gerakannya sangat berkorelasi. Namun, jika Anda memilih dua titik pada tali yang berjauhan, maka vektor tangennya mungkin menunjuk ke arah yang berbeda. Ketika kita memetakan korelasi sudut tangensial antara dua titik sebagai fungsi jarak, kita melihat grafik yang diharapkan menjadi 1 (korelasi sempurna) pada jarak nol, dan kemudian menurun secara eksponensial seiring bertambahnya jarak. Panjang persistensi adalah skala panjang karakteristik peluruhan eksponensial ini.
Alat untuk mengukur durasi
Panjang persistensi DNA untai tunggal dapat diukur menggunakan berbagai alat, yang sebagian besar didasarkan pada model rantai seperti cacing. Misalnya, DNA untai tunggal diberi label di kedua ujungnya dengan pewarna aplikator dan akseptor untuk mengukur jarak ujung-ke-ujung rata-rata, yang tercermin dalam efisiensi FRET. Efisiensi FRET kemudian diubah menjadi panjang persistensi dengan membandingkannya dengan efisiensi FRET yang dihitung berdasarkan model rantai seperti cacing.
Beberapa upaya terkini telah menggabungkan spektroskopi korelasi fluoresensi (FCS) dengan program HYDRO. Program HYDRO merupakan pemutakhiran persamaan Stokes-Einstein. Persamaan ini mengasumsikan bahwa molekul berbentuk bulat murni dan menghitung koefisien difusi, yang berbanding terbalik dengan waktu difusi. Akan tetapi, program HYDRO tidak dibatasi oleh bentuk molekul. Waktu difusi beberapa polimer mirip cacing dihasilkan, dihitung menggunakan program HYDRO, dan dibandingkan dengan waktu difusi eksperimental FCS untuk memperkirakan panjang persistensi DNA untai tunggal dan menemukan yang optimal dengan menyesuaikan nilai sifat polimer.
Panjang persistensi polimer tidak hanya merupakan ukuran sifat fundamentalnya, tetapi juga terkait erat dengan karakteristik dan fungsi biomolekul serta perilakunya di berbagai lingkungan. Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana molekul-molekul kecil ini bekerja dengan cara yang luar biasa di alam?
