【摘要】：蛋白質(zhì)是生物體的重要組成部分,參與了幾乎所有的生物學(xué)過(guò)程。蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能由其三維空間結(jié)構(gòu)決定,并受其參與生物反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)行為控制。因此,蛋白質(zhì)研究不僅需要靜態(tài)測(cè)量其空間結(jié)構(gòu),還需要研究其動(dòng)力學(xué)特性。光鑷技術(shù)為從單分子層面研究蛋白質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特性提供了可能,有助于科學(xué)家們深入理解蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)功能之間的聯(lián)系,推動(dòng)生命科學(xué)的研究。光鑷系統(tǒng)依靠激光聚焦后產(chǎn)生的輻射壓力,以皮牛量級(jí)的作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)微納米尺度粒子的捕獲和操縱,并對(duì)其位移進(jìn)行納米量級(jí)的測(cè)量。本文以實(shí)驗(yàn)室自主搭建的雙光阱光鑷系統(tǒng)為基礎(chǔ),探究了適合于測(cè)量生物單分子力譜的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件,通過(guò)對(duì)DNA和蛋白質(zhì)進(jìn)行大樣本統(tǒng)計(jì)性拉伸實(shí)驗(yàn),并根據(jù)所得的力譜數(shù)據(jù)分析了蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性,驗(yàn)證了自建光鑷系統(tǒng)的可靠性。本文研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.調(diào)研了光鑷技術(shù)的背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,總結(jié)了光鑷技術(shù)在生物和物理研究領(lǐng)域的主要應(yīng)用。對(duì)比介紹了單分子生物學(xué)中最具有代表性的三種測(cè)量技術(shù):光鑷、磁鑷和原子力顯微鏡,并結(jié)合生物單分子結(jié)構(gòu)模型討論了光鑷技術(shù)在單分子生物學(xué)中的重要作用。2.討論了適合生物單分子測(cè)試結(jié)構(gòu)( 啞鈴‖結(jié)構(gòu))的光阱力理論模型,并在實(shí)驗(yàn)室自主搭建的雙光阱光鑷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過(guò)仿真和實(shí)際測(cè)量從激光光束、微球和液體環(huán)境三個(gè)方面討論了影響光鑷系統(tǒng)進(jìn)行生物單分子力譜測(cè)量的主要參數(shù),針對(duì)各個(gè)參數(shù)提出了選取方案。其中重點(diǎn)研究了非水環(huán)境中熱梯度力對(duì)光阱捕獲微球的影響。3.從蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和相關(guān)理論模型出發(fā),研究了光鑷系統(tǒng)測(cè)量得到的蛋白質(zhì)拉伸力譜中所包含的蛋白質(zhì)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息,總結(jié)了拉伸力譜的分析方法。4.總結(jié)了適合雙光阱光鑷系統(tǒng)的測(cè)量模式和實(shí)驗(yàn)步驟,對(duì)dsDNA和蛋白質(zhì)等常見(jiàn)的生物樣品進(jìn)行了大樣本統(tǒng)計(jì)性拉伸實(shí)驗(yàn),分析力譜數(shù)據(jù),并將分析結(jié)果與蛋白質(zhì)理論模型進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了光鑷系統(tǒng)的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH79
【圖文】：

有著很大優(yōu)勢(shì)。Pan 等人利用光鑷測(cè)量了 HIV 病，并總結(jié)了光鑷測(cè)量 RNA 的常用手段[16]。蛋白分子，其空間結(jié)構(gòu)和在生物反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)。Kellermaryer 等人利用光鑷測(cè)量得到肌聯(lián)程的力譜曲線[17]，其后科學(xué)家們陸續(xù)對(duì)其他蛋白生物分子的解折疊與重新折疊過(guò)程中特性參數(shù)的cular dynamics, MD)模擬[18]及優(yōu)化采樣技術(shù)[19,20](計(jì)算得到蛋白質(zhì)構(gòu)象變化時(shí)的動(dòng)力學(xué)和能量信息分子研究的光鑷系統(tǒng)主要采取三種形式：?jiǎn)喂忤嚱Y(jié)構(gòu)。 1-1 所示，一般配合樣品室的玻片實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)的中介微球被光阱捕獲。在研究分子間相互作用片上，然后使用同樣方法操作。單光鑷雖然結(jié)構(gòu)樣品臺(tái)的振動(dòng)，樣品臺(tái)相對(duì)光阱的漂移等。

圖 1-2 雙光鑷測(cè)量示意圖結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示，用微針捕獲生物單分子測(cè)試捕獲另一端的微球。光鑷-微針結(jié)構(gòu)不僅可以進(jìn)旋轉(zhuǎn)測(cè)量。圖 1-3 光鑷-微針結(jié)構(gòu)測(cè)量示意圖理學(xué)中的應(yīng)用

圖 1-3 光鑷-微針結(jié)構(gòu)測(cè)量示意圖物理學(xué)中的應(yīng)用域，光鑷在物理領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用，主要論研究、納米尺度材料的操縱、局部空間區(qū)域的中分散相微粒間的相互作用力的測(cè)量。鑷系統(tǒng)中可以仔細(xì)觀察微米尺度物體在光力作用kin 等人利用光鑷實(shí)現(xiàn)了激光懸浮液滴[21]，F(xiàn)riese 折射微粒的光致旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象[22]。有高精度的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)家們還利用光鑷在液體中Pauzauskie 等人利用單光鑷完成了不同材料納米結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)微觀金屬粒子的操縱[23]。控微粒會(huì)受到微粒所處環(huán)境的諸多影響，光鑷系表現(xiàn)來(lái)檢測(cè)局部環(huán)境的參數(shù)。隨著納米科技的進(jìn)空間區(qū)域，如何測(cè)量小空間區(qū)域的溫度、粘度等

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本文編號(hào)：2754255