双光阱光镊系统测量生物单分子力谱研究
发布时间：2020-07-14 01:12
【摘要】：蛋白质是生物体的重要组成部分,参与了几乎所有的生物学过程。蛋白质的生物学功能由其三维空间结构决定,并受其参与生物反应过程中的动力学行为控制。因此,蛋白质研究不仅需要静态测量其空间结构,还需要研究其动力学特性。光镊技术为从单分子层面研究蛋白质的动力学特性提供了可能,有助于科学家们深入理解蛋白质动力学和生物学功能之间的联系,推动生命科学的研究。光镊系统依靠激光聚焦后产生的辐射压力,以皮牛量级的作用力实现对微纳米尺度粒子的捕获和操纵,并对其位移进行纳米量级的测量。本文以实验室自主搭建的双光阱光镊系统为基础,探究了适合于测量生物单分子力谱的最优实验条件,通过对DNA和蛋白质进行大样本统计性拉伸实验,并根据所得的力谱数据分析了蛋白质动力学特性,验证了自建光镊系统的可靠性。本文研究内容和成果如下:1.调研了光镊技术的背景和国内外发展现状,总结了光镊技术在生物和物理研究领域的主要应用。对比介绍了单分子生物学中最具有代表性的三种测量技术:光镊、磁镊和原子力显微镜,并结合生物单分子结构模型讨论了光镊技术在单分子生物学中的重要作用。2.讨论了适合生物单分子测试结构( 哑铃‖结构)的光阱力理论模型,并在实验室自主搭建的双光阱光镊系统的基础上,通过仿真和实际测量从激光光束、微球和液体环境三个方面讨论了影响光镊系统进行生物单分子力谱测量的主要参数,针对各个参数提出了选取方案。其中重点研究了非水环境中热梯度力对光阱捕获微球的影响。3.从蛋白质空间结构和相关理论模型出发,研究了光镊系统测量得到的蛋白质拉伸力谱中所包含的蛋白质的热力学和动力学信息,总结了拉伸力谱的分析方法。4.总结了适合双光阱光镊系统的测量模式和实验步骤,对dsDNA和蛋白质等常见的生物样品进行了大样本统计性拉伸实验,分析力谱数据,并将分析结果与蛋白质理论模型进行对比,验证了光镊系统的可靠性。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH79
【图文】：
有着很大优势。Pan 等人利用光镊测量了 HIV 病，并总结了光镊测量 RNA 的常用手段[16]。蛋白分子，其空间结构和在生物反应过程中的动力学重点。Kellermaryer 等人利用光镊测量得到肌联程的力谱曲线[17]，其后科学家们陆续对其他蛋白生物分子的解折叠与重新折叠过程中特性参数的cular dynamics, MD)模拟[18]及优化采样技术[19,20](计算得到蛋白质构象变化时的动力学和能量信息分子研究的光镊系统主要采取三种形式：单光镊结构。 1-1 所示，一般配合样品室的玻片实现。测试结的中介微球被光阱捕获。在研究分子间相互作用片上，然后使用同样方法操作。单光镊虽然结构样品台的振动，样品台相对光阱的漂移等。
图 1-2 双光镊测量示意图结构如图 1-3 所示，用微针捕获生物单分子测试捕获另一端的微球。光镊-微针结构不仅可以进旋转测量。图 1-3 光镊-微针结构测量示意图理学中的应用
图 1-3 光镊-微针结构测量示意图物理学中的应用域，光镊在物理领域中也有着广泛的应用，主要论研究、纳米尺度材料的操纵、局部空间区域的中分散相微粒间的相互作用力的测量。镊系统中可以仔细观察微米尺度物体在光力作用kin 等人利用光镊实现了激光悬浮液滴[21]，Friese 折射微粒的光致旋转现象[22]。有高精度的优势，科学家们还利用光镊在液体中Pauzauskie 等人利用单光镊完成了不同材料纳米结合可以实现微观金属粒子的操纵[23]。控微粒会受到微粒所处环境的诸多影响，光镊系表现来检测局部环境的参数。随着纳米科技的进空间区域，如何测量小空间区域的温度、粘度等
本文编号：2754255
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH79
【图文】：
有着很大优势。Pan 等人利用光镊测量了 HIV 病，并总结了光镊测量 RNA 的常用手段[16]。蛋白分子，其空间结构和在生物反应过程中的动力学重点。Kellermaryer 等人利用光镊测量得到肌联程的力谱曲线[17]，其后科学家们陆续对其他蛋白生物分子的解折叠与重新折叠过程中特性参数的cular dynamics, MD)模拟[18]及优化采样技术[19,20](计算得到蛋白质构象变化时的动力学和能量信息分子研究的光镊系统主要采取三种形式：单光镊结构。 1-1 所示，一般配合样品室的玻片实现。测试结的中介微球被光阱捕获。在研究分子间相互作用片上，然后使用同样方法操作。单光镊虽然结构样品台的振动，样品台相对光阱的漂移等。
图 1-2 双光镊测量示意图结构如图 1-3 所示，用微针捕获生物单分子测试捕获另一端的微球。光镊-微针结构不仅可以进旋转测量。图 1-3 光镊-微针结构测量示意图理学中的应用
图 1-3 光镊-微针结构测量示意图物理学中的应用域，光镊在物理领域中也有着广泛的应用，主要论研究、纳米尺度材料的操纵、局部空间区域的中分散相微粒间的相互作用力的测量。镊系统中可以仔细观察微米尺度物体在光力作用kin 等人利用光镊实现了激光悬浮液滴[21]，Friese 折射微粒的光致旋转现象[22]。有高精度的优势，科学家们还利用光镊在液体中Pauzauskie 等人利用单光镊完成了不同材料纳米结合可以实现微观金属粒子的操纵[23]。控微粒会受到微粒所处环境的诸多影响，光镊系表现来检测局部环境的参数。随着纳米科技的进空间区域，如何测量小空间区域的温度、粘度等
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1 王思蓉;双光阱光镊系统测量生物单分子力谱研究[D];天津大学;2017年
本文编号：2754255
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