單分子光譜研究蛋白質(zhì)折疊
化學(xué)先生 / 2019-09-03
蛋白質(zhì)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜但極其重要的一種生物大分子， 蛋白質(zhì)折疊過(guò)程的研究是生物物理的一個(gè)重要前沿課題。
為了研究這一過(guò)程可使用理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)煞N手段。由于蛋白質(zhì)折疊的過(guò)程涉及極多的自由度，并且其內(nèi)部基團(tuán)之間有復(fù)雜的相互作用，目前理論計(jì)算的方法面臨極大挑戰(zhàn)。而通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示蛋白質(zhì)折疊的機(jī)理對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)有很高的要求。
近十年來(lái)發(fā)展的單分子光譜學(xué)技術(shù)為研究蛋白質(zhì)折疊提供了全新的手段。這個(gè)方法是利用基因定點(diǎn)突變技術(shù)，將單個(gè)熒光分子結(jié)合在蛋白質(zhì)分子的選定部位，通過(guò)探測(cè)單分子的發(fā)光信號(hào)來(lái)得到折疊過(guò)程的信息。
SMS的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用便是FRET.如果分子間的距離小于15nm,通過(guò)偶極子相互作用激發(fā)能量可以在熒光分子對(duì)之間傳遞，這個(gè)過(guò)程被稱為共振能量傳遞。取決于環(huán)境與分子對(duì)本身的性質(zhì)，這個(gè)過(guò)程可以是可逆的或不可逆的。
這種方法不僅適用于測(cè)量靜止距離而且可以反映距離的變化?，F(xiàn)代技術(shù)可測(cè)量單受體和單供體間的能量傳遞，即單分子對(duì)FRET (single pair FRET)。與傳統(tǒng)的大多數(shù)測(cè)量相比，單分子測(cè)量具有極大優(yōu)勢(shì)。生物分子的運(yùn)動(dòng)及構(gòu)象動(dòng)力學(xué)的細(xì)節(jié)在大多數(shù)體系的測(cè)量中是觀察不到的。因?yàn)楸仨氉屗斜挥^察的分子同步運(yùn)動(dòng)才能在整體觀察下得到這些信息。
由于分子運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性，同步基本上是不可能的，因此這些關(guān)鍵的動(dòng)力學(xué)信息就會(huì)被平均掉，使實(shí)驗(yàn)者難以分辨。
特別是研究蛋白質(zhì)折疊，由于折疊過(guò)程的隨機(jī)性，即使采用激光溫度跳躍和微流體快速混合技術(shù)也難使大量蛋白質(zhì)分子同步開(kāi)始折疊過(guò)程。
而單分子測(cè)量不需要讓所有的分子同步反應(yīng)。特別是室溫下的單分于探洲和單分子熒光光洪學(xué)的最新進(jìn)展，為研究生理?xiàng)l件下的單個(gè)生物大分子提供了新的工具。這一點(diǎn)意義十分重大。
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