单分子操纵及单分子生物物理术.PDF

维普资讯 前沿进展 单分子操纵与单分子生物物理术 冉诗勇 孙 博 李明 (中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 100080) 摘 要 文章介绍了近年来发展起来的一些单分子操纵实验技术如光镊、磁镊、微针、斯托克斯拖曳技术，以及应 用这些技术拉伸、旋转、解链 DNA分子，从而研究其力学性质所取得的研究进展．各种蛋白质如T7DNA聚合酶、拓扑 异构酶，SWI／SNF染色质重建复合体、RNA聚合酶与DNA的作用在生化过程中十分重要，因此，文章也介绍了这些蛋 白质与DNA在单分子的水平上相互作用所取得的研究进展． 关键词 单分子操纵，单分子生物物理，DNA，DNA一蛋白质相互作用 Singlemoleculemanipulationandsinglemoleculebiophysics RAN Shi．Yong SUN Bo LIMing十 ( ngNationalLaboratoryforCondensedMatterPhysics，Insthu~ofPhysics，ChineseAcademyofSc／ences，B*j／n／g100080，hCina) Abstract Singlemoleculemanipulationtoolssucha8opticaltweezers，magnetictweezers，micropipeResnad Stokesdraggingarereviewed．Thesetoolshavebeenusedtostretch，rotatenadunzipDNA inordertounderstnad themechanicalpropertiesofsingleDNAmolecules． eyhavealsobeenusedtostudythemechnaismsofmolecu- larmotorssucha8DNA polymerases，RNA polymerases，topoisomerases，andchromatinremodelingcomplexes． Th eseproteinmachinesareofgreatimportnaceforsomebasiclifeprocesses． Keywords singlemoleculemanipulation，singlemoleculebiophysics，DNA，DNA ·proteininteraction 质以及它们之间的相互作用是分子生物学的核心． 1 引言 这也就不难理解为什么单分子操纵是从研究DNA 分子生物学的兴起使生命科学逐渐摆脱了以描 开始的．单分子实验已揭示出了DNA的一些较为详 述性为主的研究模式，深入到分子水平，揭示生命现 细的平衡态和动力学性质．在这些实验中，DNA分 象的本质．尽管生命系统十分复杂，人们还是习惯于 子被多种手段所操纵，通过拉伸与扭转来研究DNA 以单分子之问的相互作用来思考问题和构建模型． 独特的内禀性质．在此基础上，通过研究蛋 白质对 与此相对应，人们一直期待着能够在单分子水平直 DNA物理性质的改变，研究人员对包括RNA聚合 接研究基本的生命过程．自上世纪9O年代以来发展 酶、拓扑异构酶、核酸内切酶、DNA易位酶和解旋酶 起来的单分子研究技术如光镊、磁镊、玻璃微管和分 等一系列分子马达进行了细致研究，取得了前所未 子梳等，再加上单分子荧光技术，使人们能够直接操 有的进展． 纵并检测单个分子的运动及变化，或通过施加外力 本文简单介绍 DNA单分子操纵实验常用的技 改变生化反应的进程，研究化学能与机械能之间的 术手段，然后评述单个DNA分子的力学性质测量以 相互转化． 在分子生物学中有一个所