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上海應物所正在單分子酶促反應分子馬達琢磨中

文章来源:admin 时间:2018-12-31

  上海應物所正在單分子酶促反應分子馬達钻研中獲進水道絡繹不絕展

 

  即日,上海應用物理研讨所研讨人員實現瞭對界面酶分子的單分子實時熒光成像,通過對運動軌跡的判辨發現酶分子的趨向運動(Chemotaxis)是平動與轉動的競爭均匀結果,相關做事發外正在Journal of the American Chemical Society上 。

  液體中的分子平日作無規則的佈朗運動。對於有催化活性的酶分子而言,它們可操纵酶促反應過程中底物轉化時釋放的能量驅動其自己的運動。以往研讨标明,酶分子運動的擴散系數與底物濃度呈正相關, 該現象被稱為酶促分子馬達。然则,酶分子能否存正在類似細菌的趨向運動,即酶分子能否主動向底物濃度高的目标擴散,是一個疑問 。比如,美國加利福尼亞大學伯克利分校教员Bustamante提出不妨用“化學聲效應 (chemoacoustic effect)”來解釋這種酶促分子馬達。同期發外的對該文的評述中,美國賓夕法尼亞大學教员Joshua Wand則指出,“看起來有不妨酶分子進化出瞭尋找底物的技能,但此觀點尚應存長安汽車也有此计划疑。”

  上海應物所物理生物學研讨室博士研讨生孫樂樂,高延靜正在研讨員李迪、樊春海等指導下,基於DNA折紙術(DNA origami)發展瞭一種對界面上酶級聯反應中的單個酶分子運動軌跡實時成像的主张,並對酶分子趨向運動機筑筑出解釋。研讨人員以膽固醇修飾的DNA分子為錨定鏈,並操纵膽固醇分子不妨嵌入磷脂雙層膜的特點,將酶分子固定正在二維磷脂分子界面。研讨發現,差异錨定手腕不妨掌握酶分子正在二維磷脂界面上的運動速度。此中,操纵雙鏈DNA動態錨定(dynamic tethering)的酶分子,不妨正在二維界面上自正在擴散;而操纵DNA折紙筏(origami raft)靜態錨定(static tethering)的酶分子,則固定正在磷脂膜上不動。基於此,科研人員正在磷脂雙分子層的二維界面上構筑瞭一個酶級聯反應:此中上遊的葡萄糖氧化酶正在界面上固定不動,而下遊的過氧化氫酶不妨正在界面上自正在擴散。操纵全內反射顯微鏡,他們實時觀測瞭單個酶分子的運動軌跡。研讨發現:以葡萄糖氧化酶分子為坐標中央,下遊的過氧化氫酶分子的平動速度確實隨上遊底物葡萄糖的增加而放慢,但上下遊酶分子的相對空間距離並未隨酶促反應而改變。他們操纵Einstein relation計算瞭界面上過氧化氫酶分子的自旋弛豫時間,發現過氧化氫酶的轉動速度大大疾於其平動速度,過氧化氫酶分子轉動一圈的時間內,其平動距離僅為其自己直徑的1/6,即使正在酶促反應中,酶分子也並不存正在趨向運動,趨向運動是平動與轉動的競爭均匀結 。

  這一做事解釋瞭酶促馬達並未变成趨向運動的缘起。該做事構筑的掌握界面上差异卵白質分子運動速度的主张及對卵白質運動軌跡實時成像的平臺,可用於研讨信號通道中众種卵白質感化及抑止劑篩選,為研讨卵白質間的動態彼此感化供应瞭新器械。

  

  

上海應物处所單分子酶促反應分子馬達研讨中獲進展

  

 

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