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弹性蛋白力学特性的单分子力谱

周浩天 高翔 郑鹏 秦猛 曹毅 王炜

弹性蛋白力学特性的单分子力谱

周浩天, 高翔, 郑鹏, 秦猛, 曹毅, 王炜
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  • 弹性蛋白是一类有着特殊力学特性的蛋白. 在生物体内它们是承受和传递力的主要媒介;在生物体外,它们更是被广泛地用作高强度的生物材料. 根据其功能不同,弹性蛋白的力学特性也各异. 有些具有比较高的力学强度,有些则具有较大的延展性和弹性. 科学家们很早就采用多种手段来人工合成弹性蛋白用于材料和纳米领域,但对于弹性蛋白的力学特性和序列结构之间的关系还不甚明晰. 本综述介绍通过单分子力谱的实验方法来直接表征单根蛋白质在受力下结构的变化,研究其力学特性. 基于Bell模型,推导出了蛋白质解折所需力与拉伸速率之间的关系,揭示了蛋白质力学强度的动力学特性,当拉伸速率较低时,解折叠力将正比于拉伸速率,对于较大的拉伸速率,解折叠力与拉伸速率成指数关系;探讨了决定蛋白质力学特性的结构因素和调控蛋白质力学特性的实验方法;介绍了单分子力谱测量的实验方法,包括基于光镊、磁镊和原子力显微镜的单分子力谱技术,着重介绍了原子力显微镜单分子力谱,并特别介绍了多聚蛋白技术来提供单分子测量的''指纹谱''和提高测量效率;论述了基于原子力显微镜单分子力谱研究蛋白质力学特性的最新进展,包括提高原子力显微镜的稳定性和力分辨率的方法,与荧光标记法相结合来提高实验效率的技术和高速扫描原子力显微镜;阐述了如何通过单分子力谱实验来理性设计蛋白质材料的力学特性,并对未来的研究热点做了展望.
      通信作者: 秦猛, qinmeng@nju.edu.cn;caoyi@nju.edu.cn ; 曹毅, qinmeng@nju.edu.cn;caoyi@nju.edu.cn
    • 基金项目: 江苏省六大人才高峰支持计划和国家自然科学基金(批准号:21522402,11374148,11334004,81121062)资助的课题.
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    [19] 张丽卿, 张崇宏, 杨义涛, 姚存峰, 孙友梅, 李炳生, 赵志明, 宋书建. 高电荷态离子126Xeq+引起GaN表面形貌变化研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5578-5584. doi: 10.7498/aps.58.5578
    [20] 许晟瑞, 张进城, 李志明, 周小伟, 许志豪, 赵广才, 朱庆伟, 张金凤, 毛维, 郝跃. 金属有机物化学气相沉积生长的a(1120)面GaN三角坑缺陷的消除研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5705-5708. doi: 10.7498/aps.58.5705
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-30
  • 修回日期:  2016-08-18
  • 刊出日期:  2016-09-05

弹性蛋白力学特性的单分子力谱

    基金项目: 

    江苏省六大人才高峰支持计划和国家自然科学基金(批准号:21522402,11374148,11334004,81121062)资助的课题.

摘要: 弹性蛋白是一类有着特殊力学特性的蛋白. 在生物体内它们是承受和传递力的主要媒介;在生物体外,它们更是被广泛地用作高强度的生物材料. 根据其功能不同,弹性蛋白的力学特性也各异. 有些具有比较高的力学强度,有些则具有较大的延展性和弹性. 科学家们很早就采用多种手段来人工合成弹性蛋白用于材料和纳米领域,但对于弹性蛋白的力学特性和序列结构之间的关系还不甚明晰. 本综述介绍通过单分子力谱的实验方法来直接表征单根蛋白质在受力下结构的变化,研究其力学特性. 基于Bell模型,推导出了蛋白质解折所需力与拉伸速率之间的关系,揭示了蛋白质力学强度的动力学特性,当拉伸速率较低时,解折叠力将正比于拉伸速率,对于较大的拉伸速率,解折叠力与拉伸速率成指数关系;探讨了决定蛋白质力学特性的结构因素和调控蛋白质力学特性的实验方法;介绍了单分子力谱测量的实验方法,包括基于光镊、磁镊和原子力显微镜的单分子力谱技术,着重介绍了原子力显微镜单分子力谱,并特别介绍了多聚蛋白技术来提供单分子测量的''指纹谱''和提高测量效率;论述了基于原子力显微镜单分子力谱研究蛋白质力学特性的最新进展,包括提高原子力显微镜的稳定性和力分辨率的方法,与荧光标记法相结合来提高实验效率的技术和高速扫描原子力显微镜;阐述了如何通过单分子力谱实验来理性设计蛋白质材料的力学特性,并对未来的研究热点做了展望.

English Abstract

参考文献 (59)

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