【摘要】：與系綜方法相比,單分子技術(shù)能夠檢測(cè)單個(gè)分子的動(dòng)態(tài)變化。單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)是其中一種重要的單分子技術(shù),并被廣泛地用于研究解旋酶。但單分子FRET缺乏研究解旋酶步進(jìn)必要的1堿基對(duì)(1 bp)分辨能力。我們?cè)O(shè)計(jì)一種納米張力器,通過拉長(zhǎng)DNA并穩(wěn)定體系,使單分子FRET技術(shù)的分辨率提高到0.5 bp,從而把研究解旋酶的步進(jìn)提高到一個(gè)新的層次。此外,本技術(shù)也可以在新的精度水平研究把雙鏈DNA解旋為單鏈DNA的其他馬達(dá)蛋白,比如聚合酶等。以這一高精度的smFRET技術(shù)為基礎(chǔ),我進(jìn)一步開展以下多個(gè)關(guān)于解旋酶步進(jìn)的研究。解旋酶用NTP水解釋放的能量一步一步地解旋雙鏈DNA。盡管已經(jīng)有大量的研究,但對(duì)解旋的步進(jìn)過程仍然缺乏解。用單分子FRET技術(shù),我們研究隸屬不同超家族的Pif1和RecQ解旋酶的步進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種解旋酶解旋步長(zhǎng)都不均一且力對(duì)兩種解旋酶有不同的影響。其中,Pif1的步進(jìn)受力調(diào)控的現(xiàn)象可能和它在細(xì)胞內(nèi)的生理過程有關(guān)。進(jìn)一步地,解旋酶不均一的步進(jìn)模式對(duì)應(yīng)著一定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。為研究與解旋酶這種步進(jìn)模式相關(guān)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),我們用高精度smFRET研究BLM解旋酶,發(fā)現(xiàn)BLM-DNA復(fù)合物的結(jié)構(gòu)存在多個(gè)和步進(jìn)相關(guān)的穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)。我們用RecQ重復(fù)BLM的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)RecQ也具有類似的結(jié)構(gòu),說明這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可能具有一定的普遍性。最后,根據(jù)得到的多種解旋酶步進(jìn)的高精度實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過給解旋過程引入兩個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)來定量地表征隨機(jī)釋放過程,我們提出一個(gè)統(tǒng)一定量的步進(jìn)模型。這一步進(jìn)模型可以定量地解釋我們觀察到的多種解旋酶的步進(jìn)模式,為解旋酶步進(jìn)過程提供一個(gè)統(tǒng)一的理解。
【圖文】：

Crick 和 Watson 構(gòu)建 DNA 的 B 型雙螺旋結(jié)構(gòu)，標(biāo)學(xué)時(shí)代的開始。DNA 分為一級(jí)化學(xué)結(jié)構(gòu)，二級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)，三級(jí)超四級(jí)染色質(zhì)等結(jié)構(gòu)。DNA 的一級(jí)化學(xué)構(gòu)成是四種核苷酸（包括腺嘌胞嘧啶和胸腺嘧啶），四種核苷酸作為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的長(zhǎng)鏈 內(nèi)存在的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)指的是多根單鏈DNA相互作用，形成的更常見的是 B 型雙螺旋結(jié)構(gòu)。除 B 型 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，還有 A 型雙型雙螺旋結(jié)構(gòu)，三螺旋結(jié)構(gòu)，DNA 三聯(lián)體或四聯(lián)體結(jié)構(gòu)，十字叉構(gòu)，A-motif 和 C-motif 等1，體外實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn) C-DNA, D-DNA, E-DL-DNA, P-DNA4。多個(gè) DNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)之間發(fā)生相互作用形成 DN5，包括超螺旋，打結(jié)和連鎖等。而 DNA 與蛋白質(zhì)等物質(zhì)形成的復(fù)合的四級(jí)結(jié)構(gòu)，染色質(zhì)。比如核小體由組蛋白八聚體和 DNA 相互作的最小結(jié)構(gòu)單元6。長(zhǎng)鏈 DNA 的彈性

NA 的二級(jí)結(jié)構(gòu)）。長(zhǎng)鏈 DNA 分子具有大量的結(jié)構(gòu)個(gè)堿基對(duì)都有多個(gè)單鍵連接。由于每個(gè)原子與兩側(cè)的種可能性，使長(zhǎng)鏈 DNA 分子包含大量可能的狀態(tài)，，熵。如果把 DNA 在原子水平的相對(duì)空間位置細(xì)致地的各種性質(zhì)，由于其巨大的運(yùn)算量而不切實(shí)際。我們是它的彈性性質(zhì)，如圖 1.1 所示，對(duì)這個(gè)性質(zhì)的描述由鏈節(jié)模型和蠕蟲鏈模型。模型把長(zhǎng)鏈 DNA看作是 N個(gè)固定長(zhǎng)度為 b 的硬桿連 受力條件下的哈密頓量： NFJC nn=1H = -fb cos ，其向的夾角。用配分函數(shù)得出長(zhǎng)鏈 DNA 分子的平均B Bb
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O561

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 曹博智;林瑜;王艷偉;楊光參;;抗生物素蛋白與DNA相互作用的單分子研究[J];物理學(xué)報(bào);2016年14期

2 張興華;肖彬;侯錫苗;徐春華;王鵬業(yè);李明;;用單分子磁鑷研究順鉑導(dǎo)致的DNA凝聚[J];物理學(xué)報(bào);2009年06期

3 王曉玲;張興華;魏孔吉;孫博;李明;;一種改進(jìn)型單分子操縱裝置及其應(yīng)用[J];物理學(xué)報(bào);2008年06期

本文編號(hào)：2636344