Single molecular fluorescence and force spectroscopy
单分子荧光和力谱
基本信息
- 批准号:7551212
- 负责人:
- 金额:$ 19.33万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:
- 资助国家:美国
- 起止时间:至
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The long-term goal of this work is to develop an improved understanding of the mechanics of
folding/unfolding in biological macromolecules. We will use a variety of state-of-the-art biophysical techniques to study nucleic acids as a model system. Like proteins, RNA enzymes can carry out catalysis, and exhibit an array of primary, secondary, and tertiary structural elements in their active, folded configurations. However, in contrast to polypeptides, RNA is based on a polymer repertoire of 4 bases instead of 20 amino acids. They also display a more hierarchical relation between secondary and tertiary structural motifs. RNA enzymes are also
more easily synthesized, modified, manipulated, and modeled, all of which make them attractive candidates for biophysical studies. It is anticipated that some principles of RNA- and DNA-folding will generalize into the protein world, in addition to providing further insights into nucleic acid biochemistry. This proposal will concentrate on one of the best-characterized ribonucleic acid enzymes, the Group I intron ribozyme from T. thermophila and its derivatives. Our recent work has demonstrated the feasibility of studying folding, unfolding, and catalysis in the Tetrahymena ribozyme at the single molecule level. Single molecule methods such as single-molecule
fluorescence energy transfer (FRET) and single-molecule optical force spectroscopy can reveal details of folding intermediates, enzyme stochasticity, kinetic rates and paths, that are not readily accessible through bulk methods. By placing fluorescent dye molecules in a variety of locations on the ribozyme, we propose to study the first stages of rapid collapse and the role of fluctuations in folding, as well as search for new intermediate states and further map the folding landscape of this enzyme. We also plan to use high resolution optical tweezers to measure how the ribozyme denatures under specific force loads. High-resolution measurements of the end-to-end distance of the molecule as a function of load should allow to assign specific
features of this spectra to specific structural states. Finally, these physically-based studies of the how the well characterized Tetrahymena ribozyme folds and unfolds will no doubt add to our understanding of more complicated ribozymes and medically relevant RNA enzymes, such as the ribosome.
这项工作的长期目标是加深对机制的理解
生物大分子的折叠/展开。我们将使用各种最先进的生物物理技术来研究核酸作为模型系统。与蛋白质一样,RNA 酶可以进行催化作用,并在其活性折叠构型中表现出一系列一级、二级和三级结构元件。然而,与多肽不同,RNA 基于 4 个碱基而不是 20 个氨基酸的聚合物库。它们还显示出二级和三级结构基序之间更加层次化的关系。 RNA酶也
更容易合成、修改、操作和建模,所有这些使它们成为生物物理学研究的有吸引力的候选者。预计 RNA 和 DNA 折叠的一些原理除了提供对核酸生物化学的进一步见解外,还将推广到蛋白质领域。该提案将集中于一种最具特征的核糖核酸酶,即来自嗜热木霉的 I 组内含子核酶及其衍生物。我们最近的工作证明了在单分子水平上研究四膜虫核酶折叠、解折叠和催化作用的可行性。单分子方法如单分子
荧光能量转移(FRET)和单分子光力光谱可以揭示折叠中间体、酶随机性、动力学速率和路径的细节,而这些细节是通过本体方法不易获得的。通过将荧光染料分子放置在核酶上的多个位置,我们建议研究快速折叠的第一阶段和折叠中波动的作用,以及寻找新的中间状态并进一步绘制该酶的折叠图谱。我们还计划使用高分辨率光镊来测量核酶在特定力负载下如何变性。作为负载函数的分子端到端距离的高分辨率测量应该允许分配特定的
该光谱的特征到特定的结构状态。最后,这些基于物理的关于四膜虫核酶如何折叠和展开的研究无疑将增加我们对更复杂的核酶和医学相关的 RNA 酶(例如核糖体)的理解。
项目成果
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