Силовая спектроскопия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Силовая спектроскопия представляет собой набор методов для изучения взаимодействий одиночных молекул.[1][2] Эти методы можно использовать для измерения механических свойств полимерных молекул (нуклеиновых кислот, белков) или отдельных химических связей . Название «силовая спектроскопия» может несколько вводить в заблуждение, поскольку истинного взаимодействия материи и излучения не существует.[3]

Силовая спектроскопия включает такие методы как атомно-силовая микроскопия,[2] оптический пинцет,[4] магнитный пинцет, акустическая силовая спектроскопию,[5] микроиглы,[6] и биомембраны.[7]

Силовая спектроскопия отслеживает поведение молекулы под действием приложенной силы. С помощью силовой спектроскопии в последние годы были получены новые знания о свойствах ферментов, ответственных за сокращение мышц, транспорт в клетке, выработку энергии (F1-АТФаза), репликацию и транскрипцию ДНК (полимеразы), расплетание и раскручивание ДНК. топоизомеразы и хеликазы).

Подходы силовой спектроскопии позволяют исследователю определять свойства конкретной изучаемой молекулы. В частности, могут наблюдаться редкие события, например конформационные изменения, которые не могут быть заргестрированы при проведенних ансамблевых измерений.

Экспериментальные методы[править | править код]

Есть довольно большое число способов точно манипулировать одиночными молекулами. Среди них выделяются оптический и магнитный пинцеты, кантилеверы атомно-силового микроскопа (АСМ) и акустическая силовая сппектроскопия. Во всех этих методах биомолекула, такая как белок, ДНК или какой-либо другой биополимер, одним концом связана с поверхностью (или микросферой), а другим — с датчиком силы. Датчик силы обычно представляет собой шарик микрометрового размера или кантилевер, по смещению которого можно определить величину силы.

Акустическая силовая спектроскопия[править | править код]

Недавно разработанный метод акустической силовой спектроскопии (АСС) позволяет воздействовать на сотни одиночных молекул одновременно, что обеспечивает высокую экспериментальную производительность в сравнении например с оптическим пинцетом.[5] Воздействие на молекулы производится засчет пьезоэлемента, расположенного над микрофлюидным чипом, который резонансно возбуждает плоские акустические волны . Генерируемые акустические волны способны воздействовать на микросферы, к которым присоединены различные биомолекулы, такие как ДНК, РНК или белки. Анализ данных производится по смещению микросфер. С помощью устройств AFS можно прикладывать силы в диапазоне от 0 до нескольких сотен пикоНьютонов к сотням микросфер, что в теории обеспечивает быстрой набор экспериментальных данных.

Этот метод в основном используется для изучения ДНК-связывающих белков. Например, АСС использовалась для изучения бактериальной транскрипции в присутствии антибактериальных агентов.[8][9] Вирусные белки также можно исследовать с помощью АСС, например, этот метод использовался для изучения уплотнения ДНК наряду с другими одномолекулярными подходами, .[10]

Клетками также можно манипулировать с помощью акустических сил напрямую или с помощью микросфер в качестве ручек.[11]

Приложения[править | править код]

Обычно силовая спектроскопия применяется для измерения эластичности полимеров, особенно таких биополимеров, как РНК и ДНК .[12] Другое биофизическое применение силовой спектроскопии связано с изучением анфолдинга белка .[13]

Более того, силовую спектроскопию можно использовать для исследования ферментативной активности белков, участвующих в репликации, транскрипции, организации и репарации ДНК. Это достигается путем измерения положения шарика, прикрепленного к комплексу ДНК-белок, передвигающегося по нити ДНК, один конец которой прикреплен к поверхности . Этот метод использовался, например, для изучения ингибирования элонгации транскрипции клебсидином и ацинетодином.[14]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Neuman, Keir C (29 May 2008). "Single-molecule force spectroscopy: optical tweezers, magnetic tweezers and atomic force microscopy". Nature Methods. 5 (6): 491—505. doi:10.1038/nmeth.1218. PMID 18511917.
  2. ↑ 1 2 Hoffmann, Toni (2012). "Single molecule force spectroscopy using polyproteins". Chemical Society Reviews. 41 (14): 4781—96. doi:10.1039/c2cs35033e. PMID 22648310.
  3. ↑ Anna Rita Bizzarri. Dynamic Force Spectroscopy and Biomolecular Recognition / Anna Rita Bizzarri, Salvatore Cannistraro. — CRC Press, 25 January 2012. — P. 1–. — ISBN 978-1-4398-6237-7.
  4. ↑ Jagannathan, Bharat (November 2013). "Protein folding and unfolding under force". Biopolymers. 99 (11): 860—869. doi:10.1002/bip.22321. PMID 23784721.
  5. ↑ 1 2 Sitters, Gerrit (24 November 2014). "Acoustic force spectroscopy". Nature Methods. 12 (1): 47—50. doi:10.1038/nmeth.3183. PMID 25419961.
  6. ↑ Kishino, Akiyoshi (July 1988). "Force measurements by micromanipulation of a single actin filament by glass needles". Nature. 334 (6177): 74—76. Bibcode:1988Natur.334...74K. doi:10.1038/334074a0. PMID 3386748.
  7. ↑ Evans, E. (June 1995). "Sensitive force technique to probe molecular adhesion and structural linkages at biological interfaces". Biophysical Journal. 68 (6): 2580—2587. Bibcode:1995BpJ....68.2580E. doi:10.1016/S0006-3495(95)80441-8. PMID 7647261.
  8. ↑ Anatolii Arseniev, Mikhail Panfilov, Georgii Pobegalov, Alina Potyseva, Polina Pavlinova, Maria Yakunina, Mikhail Khodorkovskiy. Характеризация на уровне одиночных молекул параметров транскрипции бактериальной РНК-полимеразы методом акустической силовой спектроскопии. — 2022. — doi:10.18721/JPM.15107. Архивировано 2 апреля 2023 года.
  9. ↑ Metelev, Mikhail (2017-03-17). "Acinetodin and Klebsidin, RNA Polymerase Targeting Lasso Peptides Produced by Human Isolates of Acinetobacter gyllenbergii and Klebsiella pneumoniae". ACS Chemical Biology (англ.). 12 (3): 814—824. doi:10.1021/acschembio.6b01154. ISSN 1554-8929. Архивировано 2 апреля 2023. Дата обращения: 2 апреля 2023.
  10. ↑ Marchetti, Margherita (2019-08-14). "Real-Time Assembly of Viruslike Nucleocapsids Elucidated at the Single-Particle Level". Nano Letters (англ.). 19 (8): 5746—5753. doi:10.1021/acs.nanolett.9b02376. ISSN 1530-6984. PMID 31368710. Архивировано 2 апреля 2023. Дата обращения: 2 апреля 2023.
  11. ↑ Sorkin, Raya (8 August 2018). "Probing cellular mechanics with acoustic force spectroscopy". Molecular Biology of the Cell. 29 (16): 2005—2011. doi:10.1091/mbc.E18-03-0154. PMID 29927358.
  12. ↑ Williams, Mark C (2002-06-01). "Force spectroscopy of single DNA and RNA molecules". Current Opinion in Structural Biology (англ.). 12 (3): 330—336. doi:10.1016/S0959-440X(02)00340-8. ISSN 0959-440X. PMID 12127451.
  13. ↑ Jagannathan, B. (4 September 2012). "Direct observation of a force-induced switch in the anisotropic mechanical unfolding pathway of a protein". Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (44): 17820—17825. Bibcode:2012PNAS..10917820J. doi:10.1073/pnas.1201800109. PMID 22949695.
  14. ↑ Metelev, Mikhail (3 February 2017). "Acinetodin and Klebsidin, RNA Polymerase Targeting Lasso Peptides Produced by Human Isolates of Acinetobacter gyllenbergii and Klebsiella pneumoniae". ACS Chemical Biology. 12 (3): 814—824. doi:10.1021/acschembio.6b01154. PMID 28106375.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Силовая_спектроскопия&oldid=134903612