高精度单分子荧光共振能量转移研究解旋酶的步进动理学

发布时间：2020-04-22 08:16

【摘要】：与系综方法相比,单分子技术能够检测单个分子的动态变化。单分子荧光共振能量转移(FRET)是其中一种重要的单分子技术,并被广泛地用于研究解旋酶。但单分子FRET缺乏研究解旋酶步进必要的1碱基对(1 bp)分辨能力。我们设计一种纳米张力器,通过拉长DNA并稳定体系,使单分子FRET技术的分辨率提高到0.5 bp,从而把研究解旋酶的步进提高到一个新的层次。此外,本技术也可以在新的精度水平研究把双链DNA解旋为单链DNA的其他马达蛋白,比如聚合酶等。以这一高精度的smFRET技术为基础,我进一步开展以下多个关于解旋酶步进的研究。解旋酶用NTP水解释放的能量一步一步地解旋双链DNA。尽管已经有大量的研究,但对解旋的步进过程仍然缺乏解。用单分子FRET技术,我们研究隶属不同超家族的Pif1和RecQ解旋酶的步进。实验结果表明,两种解旋酶解旋步长都不均一且力对两种解旋酶有不同的影响。其中,Pif1的步进受力调控的现象可能和它在细胞内的生理过程有关。进一步地,解旋酶不均一的步进模式对应着一定的结构基础。为研究与解旋酶这种步进模式相关的结构基础,我们用高精度smFRET研究BLM解旋酶,发现BLM-DNA复合物的结构存在多个和步进相关的稳定复合物结构。我们用RecQ重复BLM的实验,发现RecQ也具有类似的结构,说明这些结构特点可能具有一定的普遍性。最后,根据得到的多种解旋酶步进的高精度实验结果,通过给解旋过程引入两个动力学参数来定量地表征随机释放过程,我们提出一个统一定量的步进模型。这一步进模型可以定量地解释我们观察到的多种解旋酶的步进模式,为解旋酶步进过程提供一个统一的理解。
【图文】：

示意图,蠕虫链,模型,双螺旋结构

Crick 和 Watson 构建 DNA 的 B 型双螺旋结构，标学时代的开始。DNA 分为一级化学结构，二级螺旋结构，三级超四级染色质等结构。DNA 的一级化学构成是四种核苷酸（包括腺嘌胞嘧啶和胸腺嘧啶），四种核苷酸作为重复结构单元构成的长链内存在的DNA二级结构指的是多根单链DNA相互作用，形成的更常见的是 B 型双螺旋结构。除 B 型 DNA 双螺旋结构，还有 A 型双型双螺旋结构，三螺旋结构，DNA 三联体或四联体结构，十字叉构，A-motif 和 C-motif 等1，体外实验还发现 C-DNA, D-DNA, E-DL-DNA, P-DNA4。多个 DNA 二级结构之间发生相互作用形成 DN5，包括超螺旋，打结和连锁等。而 DNA 与蛋白质等物质形成的复合的四级结构，染色质。比如核小体由组蛋白八聚体和 DNA 相互作的最小结构单元6。长链 DNA 的弹性

蠕虫链,拉伸曲线,模型拟合,长链

NA 的二级结构）。长链 DNA 分子具有大量的结构个碱基对都有多个单键连接。由于每个原子与两侧的种可能性，使长链 DNA 分子包含大量可能的状态，，熵。如果把 DNA 在原子水平的相对空间位置细致地的各种性质，由于其巨大的运算量而不切实际。我们是它的弹性性质，如图 1.1 所示，对这个性质的描述由链节模型和蠕虫链模型。模型把长链 DNA看作是 N个固定长度为 b 的硬杆连受力条件下的哈密顿量： NFJC nn=1H = -fb cos ，其向的夹角。用配分函数得出长链 DNA 分子的平均B Bb
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O561

【参考文献】