Nature _ 新技术研究正常生理条件下蛋白质分子构象变化

• 2025-03-31 23:14:23

研究蛋白质的动态变化能够帮助分析其工作机制，并帮助设计干预其功能的药物。

原子力显微镜（Atomic force microscopy (AFM)）是一种可以通过高频“抚摩”在正常生理条件下捕捉单分子动态变化的工具(1)。但是受限于探针针尖的物理尺寸以及生物样本比较“软”“黏”的特点，原子力显微镜在生物样本空间分辨率不高，平面分辨率只有1nm左右(2)。

原子力显微镜(3)

为此，康奈尔大学Simon Scheuring等研究人员受基于单分子定位的超分辨显微镜启发(4, 5)，开发了一种新型原子力显微镜数据处理技术，将空间分辨率降到了几个Å（1Å=0.1nm）水平，甚至可以看到单个氨基酸的侧链。

该技术的基本原理是每次扫描采样后提取局部最高点，并通过多次扫描重复获取局部最高点的信息，最后将每次扫描获取的局部最高点整合到一起，获取突破探针物理局限的空间信息。

研究人员进一步用这种技术分析了一种对PH值敏感的离子通道蛋白（CLC-ec1）在不同PH条件下的构象变化。

研究人员野心勃勃地表示这项技术会成为原子力显微镜数据处理的标准(2)。

该项工作2021年6月16日发表在nature(2)。

Comments：

这种技术可以直接使用常规原子力显微镜日常生产的数据，还是非常有发挥空间，在蛋白质构象变化分析上很有前景。不过它关键还是“用时间换空间”，目前该技术还不能监测单个蛋白分子构象动态变化，但是随着高速原子力显微镜的发展，将来在特殊条件下优化算法有可能初步做到这一点。

参考文献：

1. G. Binnig, C. F. Quate, C. Gerber,Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett. 56, 930–933 (1986).

2. G. R. Heath et al., Localization atomic force microscopy. Nature. 594, 385–390 (2021).

3. Atomic Force Microscope (AFM) | MicrobeNotes, (available at https://microbenotes.com/atomic-force-microscope-afm/).

4. M. J. Rust, M. Bates, X. Zhuang,Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy(STORM). Nat. Methods. 3, 793–795 (2006).

5. E. Betzig et al., Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science (80-. ). 313,1642–1645 (2006).

原文链接：

https://phys.org/news/2021-06-super-resolution-microscopy-method-approaches-atomic.html

注：原载于2021年6月20号公众号“CNS导读”