CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
基于DNA折纸的单分子链霉亲和素物化性质研究
孙彤
Subtype硕士
Thesis Advisor李宾
2019-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword链霉亲和素 原子力显微镜 DNA折纸 高分辨 物化性质
Abstract链霉亲和素(Streptavidin,STV)和生物素(Biotin)之间的非共价相互作用很强,这种天然的强相互作用已被运用到包括分子生物学、免疫学以及生物技术领域。STV与Biotin间优异的结合能力与其结构以及本身的物化性质密切相关,前人也有一些方法研究STV分子的结构和功能,但是,大多是群体实验,STV分子的一些信息有可能被掩盖在群体中,而单分子技术可以作为一种强大的工具去研究生物分子的复杂行为,发现一些受群体平均效应影响而掩盖的个体特征。目前依然无法在单分子水平上研究STV分子的物化性质。与其他单分子检测手段相比,原子力显微镜技术(Atomic Force Microscopy,AFM)有极大的优势,例如无需标记(如荧光),成像具有高分辨率,可以在液体环境下检测,是研究单个生物分子的主要手段,例如研究分子的结构、功能和动力学特征等化学性质。AFM的峰值力纳米力学模式(PeakForce Quantitative Nanomechanics Mode,PF-QNM)是可以在获得高分辨图像的同时,定量测量纳米材料的力学性能,在探究纳米材料的物理性质方面有极大的优势。STV分子体积小而柔软,在界面上难操纵,在单分子水平上探究其物化性质更具挑战性。本研究利用DNA折纸可寻址定位的特点,重点解决了单个STV分子在界面上难于控制、难以固定的关键问题。结合AFM的峰值力纳米力学模式高分辨成像的优势,探究STV的物化性质。本论文工作主要包含以下三个部分:第一,设计了一种基于DNA折纸的生物分子高分辨成像方法,实现了对单个STV分子的高分辨成像,观察到了单个STV呈“沙漏形”结构,xyz方向上的尺寸相似,皆在3~6 nm之间。同时,探究了在不同力作用下,STV分子的形貌变化,发现90 pN为最佳成像力,随着力的增大,STV分子被逐渐“压扁”,甚至由于形变与Biotin分子解离脱落;第二,探究了STV在位点Biotin的不同距离、位点Biotin不同个数以及位点短链延伸不同长度条件下的结合效率。发现STV的双价结合多发生在Biotin距离相对较近(2 nm)的情况;STV单价结合没有双价结合亲和力高;修饰Biotin的短链有延伸,会增加Biotin活动的自由度,进而增加STV的结合效率。为后续在DNA折纸上修饰分子以及在DNA折纸界面上探究STV-Biotin系统提供了实验依据;第三,利用DNA折纸的寻址定位功能以及Biotin-STV分子特异性识别,将STV分子固定在DNA折纸平面的特异位置上,在单分子水平上测得STV分子的模量,约为75 MPa。对尺寸小的生物分子的模量测量具有借鉴的意义。这种基于DNA折纸的探究STV物化性质的方法,简单、方便,为研究其他生物分子形貌和功能提供了新思路。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31245
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Recommended Citation
GB/T 7714
孙彤. 基于DNA折纸的单分子链霉亲和素物化性质研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2019.
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