單分子操作技術(shù)在核酸研究中的應(yīng)用

單分子操作技術(shù)在核酸研究中的應(yīng)用薛永來(lái)
馮喜增侯森(南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院
天津
300071)化學(xué)通報(bào)
2005年第8期單分子操作技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)畏肿泳植苛M(jìn)行測(cè)量，因而能在單分子水平上研究核酸的彈性性質(zhì)和機(jī)械誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；單分子操作技術(shù)避免了從大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果中取平均的需要，因而可以提供更為詳細(xì)的生物信息。單分子操作技術(shù)的原理：是指應(yīng)用一定的實(shí)驗(yàn)儀器和方法,對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行操作,它包括原子力顯微鏡技術(shù)、光鑷技術(shù)、單分子熒光光譜技術(shù)等。原子力顯微鏡技術(shù)——其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用掃描探針顯微鏡(SPM)進(jìn)行觀測(cè)，其通過(guò)探針與被測(cè)樣品之間的微弱的相互作用力來(lái)獲得物質(zhì)表面的形貌。光鑷技術(shù)——利用激光動(dòng)量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的輻射壓力，從而形成具有梯度力場(chǎng)的光學(xué)陷阱，處在陷阱中的微粒受到梯度力場(chǎng)的作用，就被“鉗住”?？捎糜跍y(cè)量生物大分子間微弱的力以及生物大分子的很小位移。單分子光譜技術(shù)——是將熒光基團(tuán)標(biāo)記在生物大分子上，標(biāo)記在生物大分子上的熒光基團(tuán)發(fā)生各種特性變化，通過(guò)光譜分析等就能夠得到有關(guān)分子間相互作用、酶活性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、構(gòu)象動(dòng)力學(xué)、分子運(yùn)動(dòng)自由度以及在化學(xué)和靜電環(huán)境下活性改變的信息。單分子操作技術(shù)在核酸研究中的應(yīng)用DNA拉伸與扭曲DNA凝聚核酸解鏈與重新折疊單分子酶學(xué)核酸單分子操作研究起始于1992年Smith等對(duì)單個(gè)DNA分子的彈性測(cè)量。一段雙鏈DNA分子的一端連接到玻璃表面上,另一端連接到磁性小球上（DNA分子連接到不同固體表面是通過(guò)生物素--鏈霉抗生物素蛋白、地高辛免疫的特異反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的）；整個(gè)體系的組裝在溶液中完成,在外加磁力的作用下,DNA被拉伸,借助于顯微鏡,就能測(cè)量到小球的位移?？梢缘玫皆诓煌}濃度緩沖液中的單個(gè)DNA多聚體(48502個(gè)堿基對(duì))的力-延伸曲線,并且在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中力最大只增加到10皮牛頓。實(shí)驗(yàn)裝置一DNA的彈性測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置二DNA的彈性測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球分別連接到DNA分子的兩端，一個(gè)小球由微吸液管控制，另外一個(gè)小球由光鑷子控制；移動(dòng)微吸液管，兩小球之間的距離變大，DNA分子被拉伸，因此得到力-延伸曲線。實(shí)驗(yàn)裝置三DNA的彈性測(cè)量利用一根光纖作為力傳感器，DNA分子一端連接在光纖上，另外一端連接在小球上，小球通過(guò)吸力作用被固定在一個(gè)微吸液管上；