Biophysical Studies of Macromolecules and Molecular Assemblies

大分子和分子组装体的生物物理研究

基本信息

  • 批准号:
    9069538
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-07-01 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): This MIRA grant proposal briefly summarizes the activities currently supported by two NIGMS grants and my vision for the evolution of this research over the next five years. The common theme that unifies this research is a unique combination of the development and application of new physical methods that can be broadly applied to the quantitative analysis of biological systems. The long-term goals of GM27738 (Electrostatics and Dynamics in Proteins) are to develop spectroscopic methods for probing electric fields in proteins and to apply these methods to obtain quantitative information on fields and their effects on function at the active sites of several enzymes. We have led the development of vibrational Stark spectroscopy as a general approach to map these fields. Recent and continuing work emphasizes the connection between electrostatics and catalysis where we can, for the first time, estimate the electrostatic contribution to the catalytic proficiecy of enzymes. We also study dynamics in green fluorescent protein (GFP), which we began to study reasoning that the native chromophore could be used to probe solvation dynamics (time dependent electric fields) in proteins. Instead we discovered that GFP exhibits excited state proton transfer. Recent work emphasizes novel applications of "split" GFP where light-driven association and dissociation reactions have been discovered. We seek to understand the basic mechanism(s) of these processes and optimize them for optogenetic and imaging applications. The long-term goals of GM069630 (Membrane Fusion and Dynamics Using Supported Bilayers) are to develop methods to probe the organization and dynamic reorganization of lipids and proteins in biological membranes and to apply these methods to problems of broad biological importance. Our lab has pioneered the development of model membrane architectures, along with imaging and analytical methods, that probe fundamental aspects of membrane organization and dynamics. We use these approaches to address open questions in three areas of current biological significance. (i) The mechanism of vesicle and enveloped viral membrane fusion is studied using model membrane architectures we developed as targets to precisely probe the steps of fusion at the single event level. (ii) The organization of lipids and membrane proteins are characterized with unprecedented lateral resolution using imaging mass spectrometry, emphasizing the correlated motion of lipid and protein components believed to be associated in rafts. (iii) A novel "membrane interferometer" has been designed with the ultimate goal of correlated measurements of integral membrane protein conformational changes by optical interferometry and electrical activity by electrophysiological methods. Each of these areas represents a major current challenge in membrane biophysics and biology.
 描述(由申请人提供):这份 MIRA 拨款提案简要总结了目前由两项 NIGMS 拨款支持的活动以及我对这项研究未来五年发展的愿景。统一这项研究的共同主题是发展的独特组合。 GM27738(蛋白质静电学和动力学)的长期目标是开发用于探测电场的光谱方法。蛋白质并应用这些方法来获取领域的定量信息 以及它们对几种酶活性位点功能的影响,我们领导了振动斯塔克光谱的开发,作为绘制这些场的通用方法,最近和持续的工作首次强调了静电与催化之间的联系。 ,估计静电对酶催化效率的贡献我们还研究了绿色荧光蛋白(GFP)的动力学,我们开始研究天然发色团可用于探测溶剂化动力学(时间依赖性电)的推理。相反,我们发现 GFP 表现出激发态质子转移。最近的工作强调了“分裂”GFP 的新应用,其中发现了光驱动的缔合和解离反应,并对其进行了优化。 GM069630(使用支持双层的膜融合和动力学)的长期目标是开发探测生物中脂质和蛋白质的组织和动态重组的方法。我们的实验室率先开发了模型膜结构以及成像和分析方法,以探究膜组织和动力学的基本方面。 (i) 使用我们开发的模型膜结构来研究囊泡和包膜病毒膜融合的机制,以精确探测单事件水平上的融合步骤。膜蛋白具有前所未有的特征使用成像质谱法进行横向分辨率,强调被认为与筏中相关的脂质和蛋白质成分的相关运动(iii)设计了一种新型“膜干涉仪”,其最终目标是通过光学对整体膜蛋白构象变化进行相关测量。通过电生理学方法进行干涉测量和电活动。这些领域中的每一个都代表了膜生物物理学和生物学中当前的主要挑战。

项目成果

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