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与系综方法相比,单分子技术能够检测单个分子的动态变化。单分子荧光共振能量转移(FRET)是其中一种重要的单分子技术,并被广泛地用于研究解旋酶。但单分子FRET缺乏研究解旋酶步进必要的1碱基对(1bp)分辨能力。我们设计一种纳米张力器,通过拉长DNA并稳定体系,使单分子FRET技术的分辨率提高到0.5bp,从而把研究解旋酶的步进提高到一个新的层次。此外,本技术也可以在新的精度水平研究把双链DNA解旋为单链DNA的其他马达蛋白,比如聚合酶等。以这一高精度的smFRET技术为基础,我进一步开展以下多个关于解旋酶步进的研究。 解旋酶用NTP水解释放的能量一步一步地解旋双链DNA。尽管已经有大量的研究,但对解旋的步进过程仍然缺乏解。用单分子FRET技术,我们研究隶属不同超家族的Pifl和RecQ解旋酶的步进。实验结果表明,两种解旋酶解旋步长都不均一且力对两种解旋酶有不同的影响。其中,Pifl的步进受力调控的现象可能和它在细胞内的生理过程有关。 进一步地,解旋酶不均一的步进模式对应着一定的结构基础。为研究与解旋酶这种步进模式相关的结构基础,我们用高精度smFRET研究BLM解旋酶,发现BLM-DNA复合物的结构存在多个和步进相关的稳定复合物结构。我们用RecQ重复BLM的实验,发现RecQ也具有类似的结构,说明这些结构特点可能具有一定的普遍性。 最后,根据得到的多种解旋酶步进的高精度实验结果,通过给解旋过程引入两个动力学参数来定量地表征随机释放过程,我们提出一个统一定量的步进模型。这一步进模型可以定量地解释我们观察到的多种解旋酶的步进模式,为解旋酶步进过程提供一个统一的理解。