在纳米生物系统中追踪3D旋转动力学
Ryuji Igarashi1,2,3, Takuma Sugi4, Shingo Sotoma5,6
1Institute for Quantum Life Science, National Institute for Quantum and Radiological Science and Technology, Anagawa 4-9-1, Inage-ku, Chiba 263-8555, Japan.
Journal of the American Chemical Society
|April 15, 2020
概括
研究人员开发了一种新技术来跟踪生物分子和活细胞的纳米级三度自由 (3-DoF) 旋转. 这种方法可视化了三维旋转动力学,为分子和细胞层面的生物机制提供了新的见解.
科学领域:
- 生物物理
- 纳米技术
- 分子生物学
背景情况:
- 三度自由度 (3-DoF) 旋转,包括滚动,斜率和曲率,对于各种应用至关重要,但难以在纳米尺度上测量.
- 现有的方法缺乏追踪生物分子和活细胞中的3-DoF旋转的灵敏度.
研究的目的:
- 在生物系统中开发和演示可视化和测量纳米级3-DoF旋转的新技术.
- 应用这种方法来了解运动蛋白,膜蛋白和生物的动态.
主要方法:
- 在光纳米钻石中利用空 (NV) 中心进行传感.
- 采用一个断层矢量磁力测量技术来追踪三维旋转运动.
- 附加纳米钻石到特定的生物分子 (F1-ATPase,膜蛋白) 和观察到的细胞/生物运动 (C. elegans).
主要成果:
- 成功可视化了F1-ATPase的3步旋转,揭示了ATP结合/ADP释放的延迟.
- 具有细胞内细胞骨密度的活细胞中膜蛋白的相关3D旋转运动.
- 在Caenorhabditis elegans的肠道中追踪非随机运动.
结论:
- 基于纳米钻石的断层矢量磁力测量方法可以在体外,细胞内和体内追踪纳米尺度的3-DoF旋转.
- 这种技术为微观生物样本提供了新的视角,增强了对纳米级动力学驱动的功能机制的理解.
