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1、原子力显微镜在生物力测量中的应用 王艳霞! !“!李艳宁!傅星!李正光!胡小唐! “ !#天津大学精密仪器与光电子工程学院!天津 % % % $ “# “#青岛科技大学信息控制与工程学院!山东 青岛“ ? ? % % , 3 1 # !? 1 $ . H 1 . % % % $ “! MX测定了海藻细胞的 粘着力#在生理环境中! 粘着细胞间的粘着力可达 & % %O C#一 个 粘 附 分 子 对 之 间 的 粘 附 力 可 承 受 ! ? % %个细胞的重量#分子间高度的结合力可能是形 成多细胞海藻有机体完整性的基础#细胞的粘着对 于多细胞有机体的解剖完整性方面具有重要意义# 为理解这一机理
2、! 有必要测量它们之间的作用力# &. &#/ 0 1互补链和核苷碱基间的氢键 8 8等人 &A测定了 C互补链间的相互作用 力#将 C寡聚核苷酸共价结合在探针和基底的 表面! 利用 MX测量具有“ %个碱基的 C互补 链之间的作用力#这些作用力集中分布在!# ( “ 9 C“ !# ! ! 9 C和%# A 9 C附近! 这种分布分别对应于“ % 个“ ! ?个和! “个碱基对的单个分子对的链间作用 力#如果有第三个长 C偶联于互补链之间! 可以 观察到链内和链间的作用力#分子弹性引起的链间 相互作用表现为长程粘附力# T 5 . , 9 L和f , 3 9 8 N &利用 MX直接测量了明
3、确 限定的有序系统的伸展 C碱基对的氢键作用# 氢键通常不具有方向性! 但核苷碱基的形状使氢键 具有明确的方向性#他们认为 MX能够测定这些 碱基之间的具有重要生物学意义的特异相互作用# T 5 . , 9 L和f , 3 9 8 N的实验表明核苷碱基对的氢 键作用具有量子化特征! 是( & O C的整数倍! 他们认 为该值是一个碱基对间的作用力#在溶液中加入过 量的胸腺嘧啶可专门抑制腺嘌呤尖端与胸腺嘧啶表 面的相互作用#腺嘌呤*胸腺嘧啶的作用曲线具有 两个最低值! 一个是氢键作用! 一个是常规作用#无 $ $ - ! “ # $ % & & % ( ) ( # * $ % & “ #+ (
4、# , & % ) % - . )! “ # $ “% “ & “ ( ) * * +# #微纳电子技术#$ % % &年第!(期 论胸腺嘧啶过量与否! 常规作用的曲线相同“ 如果加 入可溶性胸腺嘧啶! 氢键峰值减小$倍#T 5 . , 9 L和 f , 3 9 8 N的结果表明 MX可测定特异碱基对之间的 相互作用! 这些相互作用遵循h , 3 0 5 9 * e N - 7 d模型# &. *#运动的蛋白质间的相互作用 X 5 /等人 $?%观察了肌动蛋白聚合体间的相互作 用#测量了单个肌动蛋白的断裂力和激活焓! 得到 有效断裂长度为% a 9 +#根据肌动蛋白多聚体弹性 计算的断裂长度是
5、% a ( 9 +#两种测定方法都表明肌 动蛋白单聚体间结合键力较强! 作用距离小于抗生 物素*生物素间的键长#这些配对势能特点的差异 反映在两种系统的分子识别本质和功能方面#肌动 蛋白单聚体之间的识别是沿单聚体的平坦表面! 在 范德华力的接触范围内有效#这种较短的相互作用 距离使系统能够用较低的结合能支持较大负荷# K 0 6 2 - + ,等人 $! %测量了少量的肌球蛋白分子与 单个肌动蛋白微丝间的作用#经C *乙基马来酰亚 胺处理过的单个肌球蛋白! 拴系着! %“ % #+ 长的 肌动蛋白微丝! 固定于探针的尖端! 拴系着肌动蛋白 微丝的肌球蛋白附着于盖玻片的表面#有 MX探针! 测量
6、了单层有机分子的粘着力和磨 擦力! 再现了特殊功能基团的二维形貌图#实验表 明! 在简单的疏水分子*疏水分子& 疏水分子*亲水分 子和亲水分子*亲水分子间的粘合作用可以多次重 复测量#功能基团间粘着作用的方向与预期的结果 一致! 即在亲水基团间的相互作用大于疏水基团间 的相互作用! 能够形成氢键“ 不同基团间的相互作用 最弱#相同基团之间和不同基团之间的粘附作用大 于这些测量中的不确定性! 可以多次重复测量#根 据测得的粘附力的大小可以判断这些功能基团# &#结论 复杂的生物体内几乎所有的物理和化学过程都 与生物分子间的作用力有关#根据简单模型得到的 生物分子间的作用力! 需经过理论计算进行推
7、断# MX技术还处于发展阶段! 它问世以来已广泛应用 于生物领域的各个方面#随着 MX技术的发展和 成熟! 必然会对生物学的发展起到极大的促进作用# 参考文献! $!%#e f ) K =F! E K ) E K eJX!BXC )! BG T eF) CI B!XG ) ) f# 3 5 + - 7Q 5 N 7 8 + - 7 N 5 0 7 5 O /*,O 5 R 8 N Q 4 .3 5 5 .3 55 P 0 8 N S 8P - 5 + 5 . 8 7 4 . 8 0, 3R 5 N d $J%# L 6 8 0 - 5 9Q 5 N 7 8 0P 8 * 3 R 8 8 9 -
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