新光学方法可追踪单个蛋白质形状变化

科技日报
发布时间: 2026-07-24 16:50:15 8次浏览

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科技日报北京7月23日电(记者刘霞)荷兰特文特大学科学家研发出一种光学方法,能够实时追踪单个蛋白质的形状变化。它直接读取蛋白质自身的分子振动,无需任何标记,即可揭示蛋白质对药物、毒素及其他生物分子的响应。相关论文发表于新一期《美国化学学会·纳米》杂志。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

蛋白质常被描绘成固定的三维结构,实际上它们灵动多变,会蜷曲、伸展,又恢复原貌。这些运动是生命活动的核心,却极难直接窥见,尤其当蛋白质游弋在溶液中时。若要观察单个蛋白质,传统手段往往得将它“拴住”或挂上标记,但这两类做法都可能改变其行为。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

每个分子都以独一无二的方式振动。拉曼光谱能捕捉这些振动,从中解读化学与结构信息。可单个蛋白质信号通常微弱到难以测出,研究团队借助一种超表面破解了这一难题。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

这种超表面由金膜上紧密排布的金纳米粒子构成,既不需要荧光标签、化学标记,也无须机械拴系,还能全然保持蛋白质的天然行为方式。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

当光照射到超表面时,会被集中到强电磁场的微小热点中。穿过该区域的蛋白质,其拉曼信号可增强达1000万倍。凭借这一信号,团队能读取蛋白质的二级结构,清晰区分α螺旋、β折叠、β转角和无规卷曲等不同形状。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

团队用牛血清白蛋白质验证了这一方法,构建出蛋白质的自由能图景,呈现出它最常驻留的形态,以及那些虽罕见却仍可触及的构象,并绘制出形状之间的转换路线图。最主要的转变发生在α螺旋与β折叠之间,以及α螺旋与无规卷曲之间。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

随后,团队探究了化学环境如何牵引蛋白质的形状。他们在超表面上接入了甲基、羧基和氨基,并将溶液的pH值从酸性调至中性,再变为碱性。结果显示,中性pH值下,天然的α螺旋形态通常胜出;换作其他条件,蛋白质则偏爱β折叠或无规卷曲模样。蛋白质的周遭环境,而不仅仅是自身的序列,决定了它的形状。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

这项新技术有助于揭示蛋白质的折叠、错误折叠与聚集。而错误折叠和聚集,正是阿尔茨海默病、帕金森病和2型糖尿病等疾病的重要推手。通过设计更精巧的超表面,有望捕获更快的变化,并将该方法拓展至更大的生物分子,如核酸、碳水化合物和蛋白质复合物。G7n知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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