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见微知著:单分子力谱技术窥探蛋白质分子动态功能
  • ISSN号:1007-7626
  • 期刊名称:《中国生物化学与分子生物学报》
  • 时间:0
  • 分类:Q66[生物学—生物物理学]
  • 作者机构:[1]浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室, [2]浙江大学现代制造工程研究所, [3]浙江大学医学院, [4]浙江大学生物医学工程与仪器学院, [5]浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, [6]感染性疾病诊治协同创新中心,杭州310058
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(No.31522021,No.31470900),国家重大科学研究计划项目(No.2015CB910800)
中文摘要:

蛋白质的动态功能调控并决定着细胞的生理和病理过程。其不仅受到蛋白质本身生物化学特性的影响,还受到生物体内复杂的生物力学微环境的动态调控。这些生物力因素主要通过耦联生物化学特性来改变蛋白质的动态相互作用、构象变化以及后续的信号传导。近些年来,单分子力谱检测技术突破了传统生物化学技术的限制,在单分子水平有效地研究生物力学——化学耦联调控下的蛋白质动态功能。本文详细介绍了4种代表性的单分子力谱检测技术(原子力显微镜、光镊、生物膜力学探针以及磁镊),着重介绍这些技术在蛋白质动态功能研究方面的典型应用,主要包括蛋白质动态相互作用,蛋白质动态构象变化以及信号传导等。同时,本文还介绍了几种常用的基于上述单分子检测技术的单分子力谱检测方法,主要用于定量检测蛋白质相互作用、构象变化等生物化学过程的分子动力学参数。最后,本文还简要讨论了单分子力谱检测技术的未来发展方向,特别是如何与其他研究手段的有机整合,更全面地研究蛋白质的动态功能。我们希望该综述能够给更多的生物化学家带来新的概念和工具,帮助更全面地研究蛋白质的动态特性。

英文摘要:

Dynamic functions of proteins regulate and determine the physiological and pathological processes of ceils. They are not only regulated by protein' s intrinsic biochemical characteristics, but also by complex biomechanical microenvironrnents in vivo. The biomechanical cues often couple with biochemical cues to cooperatively modulate dynamics of protein-protein interactions, protein conformations and subsequent signal transduction. Recently, in order to investigate how biomechanical cues regulate protein dynamics, single-molecule force spectroscopy (SMFS) has been developed to successfully break the limits of traditional biochemical assays, effectively revealing protein dynamics and their regulation mechanisms. In this review, we mainly introduce four representative SMFS techniques (atomic force microscopy, optical tweezers, biomembrane force probe and magnetic tweezers) in details, and focus on their typical applications in investigating most important aspects of protein dynamics. Additionally, we also introduce commonly used force-spectroscopy assays that have been extensively applied along with above SMFS techniques, to precisely quantify the kinetics of protein-protein interactions (especially protein dissociations under biomechanieal force) and conformational changes. Finally, we briefly envision future direction of the development of SMFS techniques, especially discussing how to integrate other functional assays with SMFS to study the dynamic functions of proteins in a more comprehensive way. We hope this review provide new concepts and tools for the field of biochemistry to help more biochemists to study protein dynamic functions in a more comprehensive way.

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期刊信息
  • 《中国生物化学与分子生物学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国生物化学与分子生物学会 北京大学
  • 主编:周春燕
  • 地址:北京市学院路38号北京大学医学部
  • 邮编:100083
  • 邮箱:shxb@bjmu.edu.cn
  • 电话:010-82801416
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-7626
  • 国内统一刊号:ISSN:11-3870/Q
  • 邮发代号:82-312
  • 获奖情况:
  • 被美国《CA》列入世界引用频次最高的《千种表》
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国生物科学数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:9731