分子马达生物传感器检测食源性轮状病毒

通过分子马达生物传感器技术建立一种特异、便捷、快速的食源性轮状病毒检测方法.以F0F1-ATPase为核心构建分子马达,以轮状病毒保守片段VP7设计各血清型通用探针,通过生物素-亲和素系统将探针与分子马达连接构建F0F1-ATPase分子马达检测装置.提取病毒RNA并将其与生物传感器结合的同时启动ATP合成,比较其荧光强度的差别,可以对样品中的RNA进行检测.此方法的病毒RNA检测灵敏度为0.005 ng/mL,对轮状病毒检测特异,与甲肝病毒、诺如病毒无交叉反应,在1h内即可完成检测.运用此方法随机检测15份样品,检测结果与RT-PCR一致.结果表明,分子马达生物传感器检测轮状病毒的方法灵敏、特异,可用于食源性轮状病毒的快速检测.     

逃逸速率对分子马达定向运动的影响

在考虑逃逸速率的情况下采用主方程方法研究分子马达,计算了逃逸速率对分子马达的漂移速率、扩散系数、停留时间以及分子马达在轨道上移动的距离．通过计算发现,逃逸速率影响分子马达的定向运动．     

构建“小”的艺术——从分子开关到分子马达

生物体的复杂结构和功能为我们提供了启发和挑战,即如何在分子水平构建纳米结构,并控制它的功能。通过＂自下而上＂的路线,我们着重在以下方面进行了探索：组装对外界刺激具有响应性的纳米体系,其中关键是在分子和超分子水平控制它的动态过程。分子开关是受外界刺激控制的单元,并可作为分子存储和电子元件。本文介绍了一类受光控制的分子开关,由于光控的简单性和高效性,此类光分子开关有望在分子水平的信息存储领域展现重要的应用价值。此外,通过将另一类光分子开关螺吡喃与通道蛋白结合,成功实现了蛋白孔的光控开关,可以被称为＂分子阀门＂,对未来的可控药物释放提供了很好的模型。分子马达是对纳米科学的巨大挑战,并将是未来分子机器的核心组成部分。本文介绍了新型的光驱动分子马达,对外界能量的利用使马达能够进行循环的定向运动,并且对马达分子结构的设计,能够构建出速度更快的第二代光驱动分子马达。然后,通过化学方法能够将该马达固定在纳米颗粒以至宏观界面的表面上,马达仍然能够受光驱动而高效运行。最后,本文展示了分子马达的一些应用,例如,马达的运动能够引起与之结合的高分子体系、液晶,甚至宏观物体的变化。     

纳米机器——分子马达

介绍了细胞内分子马达的能量转化途径,几种纳米分子马达如驱动蛋白、动力蛋白、肌球蛋白和旋转马达的结构和功能,并展望了分子马达对人类的贡献。     

生物体内的纳米机器——分子马达

分子马达是生物体内具有马达功能的一类蛋白质大分子纳米机器,可以执行完成生命体内的一切活动,包括肌肉的收缩、细胞内部物质的运输、遗传物质(DNA)的复制、细胞的分裂等等。按照分子马达的不同种类,介绍了各类线性分子马达(如驱动蛋白、动力蛋白和肌球蛋白)的结构、运动方式、主要功能等生物特征,并介绍了旋转分子马达(如ATP合酶)的生物特征,最后进行总结,展望未来。     

细菌鞭毛马达——一种卓越的分子机器

鞭毛马达(flagellar motor)是一种分子旋转马达,它在细菌鞭毛的结构与功能中起着中心作用.鞭毛马达的结构已基本清楚,主要由Mot A、Mot B、Fli G、Fli M和Fli N 5种蛋白组成定子(stator)和转子(rotor),其驱动力来自于跨膜的H⁺或Na⁺流.目前对鞭毛马达的旋转动力学及旋转力矩产生机制已有初步的了解.鞭毛马达可作为研究分子旋转马达的理想模型,对其深入研究将有助于认识生物能量转化利用及细胞运动的机制并具有广泛的生物学意义.     

分子马达不等间距四态跃迁模型

用主方程方法研究分子马达一维周期性四态不等间距随机跃迁模型,得出稳态情况下分子马达的漂移速度V、扩散系数D及随机参数r,将三者随ATP的浓度［ATP］及外力F的变化进行了曲线拟合,并同大量实验结果进行了比较,定性半定量地分析了分子马达在拖动负载运动时的动力学行为.     

噬菌体phi29 DNA包装马达磷脂膜嵌合体在单分子检测及纳米医学领域的应用

生命系统包含了具有不同功能的纳米机器和高度有序的大分子结构。所有的双链线性DNA病毒使用由ATP驱动的纳米分子马达将其基因包装在蛋白质外壳内。噬菌体phi29 DNA包装马达的核心组成部分连接器已被成功嵌入到脂双层中,极为稳定且可用于离子和DNA转运的精确测量。它在包装DNA时具有单向通行的阀门机制,同时其关闭和打开可由人工控制。这对于详细研究分子马达的操作机制及未来医药应用中DNA的包装、测序、采样和投递都具有重要意义。     

论有丝分裂的动力学

对真核细胞有丝分裂的动力学提出一个新的模型,称为动粒马达-中央区马达模型.这个模型认为有丝分裂中动粒马达和中央区马达两类马达蛋白分子对染色体运动起重要作用.用这个模型对有丝分裂中染色体前中期会聚、中期振荡和子染色体后期分离等运动过程进行统一的描述.     

多分子马达输运机制的动力学研究

对多分子马达输运机制进行模拟,得到了外加负载力和货物运输速度、马达个数和货物运输距离的关系,定性半定量的解释了一些实验现象,为多分子马达研究开辟了一条全新的途径.     

一种生物分子马达的冲激力模型

基于动力冲程模型并结合布朗棘轮模型的扩散机制,提出了分子马达的冲激力模型。该模型基于一系列具有时间或空间周期性的啄函数来模拟分子马达的做功冲击,得到了关于几率流（速度）的解析结果。计算结果与实验数据相符合。为了产生非零的几率流,新模型并不要求分子马达与轨道间的势能必须是不对称的,因而相对于布朗棘轮模型来说更加稳健。     

基于分子马达生物传感器技术的副溶血性弧菌分子分型方法的初步研究

[目的]建立基于分子马达技术的简便快速的分子分型方法,对携带和非携带毒力基因的副溶血性弧菌进行快速分类.[方法]以F0F1-ATPase为核心构建分子马达,以副溶血性弧菌毒力基因tdh、trh和种特异性基因tlh、toxR为靶基因设计4个探针.通过生物素-亲和素系统将探针与分子马达连接构建F0F1-ATPase分子马达生物传感器,对10株副溶血性弧菌分离株进行分类,并与PCR-电泳-凝胶成像结果进行比较;同时对生物传感器的检测灵敏度和特异性进行研究.[结果]10株试验菌株中10株tdh阳性,0株trh阳性,而10株菌都携带tlh和toxR,与PCR-电泳-凝胶成像结果一致;分子马达生物传感器的最低检测限为1 pg/反应体系,且能够对副溶血性弧菌特异性识别,PCR-电泳-凝胶成像方法的最低检测限为10 pg/PCR反应体系.[结论]建立了基于分子马达的分子分型方法,能够对副溶血性弧菌的致病性进行快速诊断,检测灵敏度比PCR-电泳-凝胶成像方法高了10倍,而且特异性非常高.该方法简便、快速、省时、省力,适用于地方疾控部门和口岸检疫部门的基层实验室开展副溶血性弧菌监测和流行病学溯源工作.     

纳米生物技术

纳米生物技术将纳米技术和生物技术有机集成 ,将成为现代生物工程的重要组成部分 ,简要介绍纳米生物技术中的纳米生物材料 ,生物芯片、分子马达、纳米探针等方面的最新进展。     

应用主方程方法研究分子马达的定向运动

利用主方程的方法,研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达的定向运动。首先假定马达在任意两个相邻状态之间的跃迁距离（substeps）相等,对于给定的任意初始分布,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程,由此可获得马达在各个时刻的漂移速率v、扩散系数D以及描述马达随机性质的随机参数r(randomness parameter）。同时不计算了马达到达稳态所需要的特征时间。根据马达的运动特点,我们又把以上结果推广到了不等间隔的情况,并引入了外力分配系数θj^ 和θj^-来表征外力对跃迁率的影响程度,以便于研究马达在拖动负载运动时的动力学行为,使之更符合生物化学的实际。并把计算结果（漂移速率v和随机参数r分别随[ATP]和外力f的变化关系）同实验进行了比较,与实验值符合较好。     

肌球蛋白Ⅵ定向运动的蒙特卡罗模拟

根据myosin Ⅵ分子马达头部核苷的变化建立一个四态循环,然后利用蒙特卡罗方法模拟分子马达的动力学性质,讨论了myosin Ⅵ速度、滞留时间与溶液中ATP浓度、ADP浓度和负载力F的关系。模拟得到：myosin Ⅵ会在轨道微丝上进行梯跳运动并且每次在微丝上的滞留时间并不相同;另外,myosin Ⅵ的速度会随着ATP浓度的增加而增大,随着ADP浓度和负载力的增加而减小;负载力对myosin Ⅵ在胞内执行输运还是连接功能起一定的调节作用。     

肌肉力量的微观起源

人体实现机械运动所需的力量是由肌肉产生的。理解肌肉的力产生机理是目前科学研究的最前沿课题之一。肌肉的最基本单元是肌小节。肌小节是一个设计极为精巧的力学装置,其中负责产生力的是一种叫做肌球蛋白的分子马达。通过介绍肌小节和肌球蛋白的结构和工作原理,可以看到生命如何利用蛋白质分子巧妙地实现了复杂的力学功能。此外,对于肌球蛋白马达研究中有待理解的相关问题也进行了简要介绍。     

封面故事

如果把细胞看作城市,微管和微丝看作四通八达的市内公路,那分子马达则是在公路上高速行驶的货车。细胞内的生命物质,如信使RNA、蛋白质、细胞器和囊泡等,均需借助于分子马达和微管、微丝系统,才能在细胞中正确地定位并发挥功能,分子马达也因其重要的功能成为研究的热点。     

快蛋白--耳蜗外毛细胞的一种新型马达蛋白

哺乳动物耳蜗外毛细胞(out hair cell,0HC)在机械刺激引起的膜电位改变的条件下,其胞体本身能发生与声音刺激相同步的伸长与收缩反应,即膜电位去极化时收缩,超极化时伸长,称为电能动性。它能反馈能量到振动的基底膜,对声音刺激起更精细的放大作用。这一发现使耳蜗对声音放大有了主动性的一面。目前发现一种新型的马达蛋白——快蛋白(prestin)是外毛细胞电能动性的分子基础。从而为在分子水平揭示耳蜗的主动功能提供了依据。     

《应用化学国际版》：纳米马达置入人体细胞可诊断治病

据物理学家组织网近日报道，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员首次把纳米马达放置在活的人体细胞中。并且通过磁力操纵它们。这一技术进步将带动分子机器的使用，例如将药物释放到身体内的特定位置。该研究成果刊登在最新一期的《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）上。     

果蝇非常规肌球蛋白的结构与功能

肌球蛋白是一类重要的分子马达,可以将ATP水解产生的能量转化成动能,沿由肌动蛋白组成的细丝运动。肌球蛋白构成一个大的基因家族,在许多细胞活动中起着重要作用,包括肌肉收缩、胞内转运、听觉、视觉等。果蝇基因组有13种肌球蛋白基因,包括2种常规肌球蛋白和11种非常规肌球蛋白。本文综述了近年来果蝇非常规肌球蛋白的研究进展。