单分子光谱研究蛋白质折叠
化学先生 / 2019-09-03
蛋白质是结构复杂但极其重要的一种生物大分子， 蛋白质折叠过程的研究是生物物理的一个重要前沿课题。
为了研究这一过程可使用理论计算和实验测量两种手段。由于蛋白质折叠的过程涉及极多的自由度，并且其内部基团之间有复杂的相互作用，目前理论计算的方法面临极大挑战。而通过实验揭示蛋白质折叠的机理对相应的实验技术有很高的要求。
近十年来发展的单分子光谱学技术为研究蛋白质折叠提供了全新的手段。这个方法是利用基因定点突变技术，将单个荧光分子结合在蛋白质分子的选定部位，通过探测单分子的发光信号来得到折叠过程的信息。
SMS的一个实际应用便是FRET.如果分子间的距离小于15nm,通过偶极子相互作用激发能量可以在荧光分子对之间传递，这个过程被称为共振能量传递。取决于环境与分子对本身的性质，这个过程可以是可逆的或不可逆的。
这种方法不仅适用于测量静止距离而且可以反映距离的变化。现代技术可测量单受体和单供体间的能量传递，即单分子对FRET (single pair FRET)。与传统的大多数测量相比，单分子测量具有极大优势。生物分子的运动及构象动力学的细节在大多数体系的测量中是观察不到的。因为必须让所有被观察的分子同步运动才能在整体观察下得到这些信息。
由于分子运动的随机性，同步基本上是不可能的，因此这些关键的动力学信息就会被平均掉，使实验者难以分辨。
特别是研究蛋白质折叠，由于折叠过程的随机性，即使采用激光温度跳跃和微流体快速混合技术也难使大量蛋白质分子同步开始折叠过程。
而单分子测量不需要让所有的分子同步反应。特别是室温下的单分于探洲和单分子荧光光洪学的最新进展，为研究生理条件下的单个生物大分子提供了新的工具。这一点意义十分重大。
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