產(chǎn)品簡介
通常的生物實(shí)驗(yàn)獲得的信息幾乎都是基于許多分子活動的平均結(jié)果（集群平均）。這類實(shí)驗(yàn)往往掩蓋了各個(gè)分子的個(gè)性，也可能忽略掉短暫存在的中間過程。單分子實(shí)驗(yàn)?zāi)芸吹絾蝹€(gè)分子的確切表現(xiàn)，因此由單分子實(shí)驗(yàn)得到的信息將在單個(gè)分子層面進(jìn)一步完善集群平均的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。近二十多年來，物理學(xué)家發(fā)展出多種新型的觀測和操控技術(shù)（如光鑷，磁鑷，原子力顯微鏡，單分子熒光等），將分子生物學(xué)與物理學(xué)的交叉領(lǐng)域推進(jìn)到單分子水平。
一方面，二十世紀(jì)五十年代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是生物物理學(xué)出現(xiàn)的一個(gè)歷史性標(biāo)志。DNA，又稱脫氧核糖核酸，是細(xì)胞中遺傳信息的載體。生物體內(nèi)天然狀態(tài)的DNA幾乎都以B-DNA存在，即兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸以右手螺旋的方式相互纏繞，兩條多核苷酸鏈間以Watson-Crick原則互補(bǔ)配對，兩個(gè)堿基對之間的距離為0.34nm。另一方面，細(xì)胞中無時(shí)無刻不在產(chǎn)生對細(xì)胞的生命活動中起著重要的調(diào)節(jié)作用的力，而DNA是重要的一種力的載體。因而了解DNA的力學(xué)性質(zhì)有助于我們理解與之相關(guān)的生命過程的機(jī)理。
本實(shí)驗(yàn)的目的是：通過用單分子磁鑷測量Lambda DNA的拉伸曲線，初步了解單分子生物物理學(xué)；接觸單分子技術(shù)中操作較為簡單的磁鑷裝置；體驗(yàn)從樣品池處理、反應(yīng)底物連接、數(shù)據(jù)測量到數(shù)據(jù)處理的單分子生物物理實(shí)驗(yàn)的完整過程，認(rèn)識DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)，檢驗(yàn)DNA雙鏈的蠕蟲鏈（Worm-like-chain，WLC）模型。
一、實(shí)驗(yàn)原理
1.DNA具有一定的彈性
DNA具有彈性且DNA的彈性性質(zhì)非常復(fù)雜。一方面，雙鏈DNA的兩條單鏈的相鄰堿基具有一定的“堿基堆積力”和相鄰磷酸負(fù)電性引起的力，使DNA堿基之間互相平行的空間關(guān)系更穩(wěn)定，從而DNA傾向于直桿。另一方面，DNA所處環(huán)境中有KBT量級的熱擾動，熱擾動使DNA傾向于使DNA處于雜亂彎曲的狀態(tài)，從而DNA傾向于團(tuán)成小團(tuán)。上述兩個(gè)方面互相競爭，當(dāng)用外力拉DNA的時(shí)候，DNA會更傾向形成直桿，顯示為DNA兩端的長度邊長，這個(gè)現(xiàn)象說明DNA具有一定的彈性。
定義DNA傾向于直桿的程度用一段長度描述，叫做“持久長度”，記作A。A的影響因素包括：DNA雙鏈所在溶液的鹽濃度、溫度和DNA的GC豐富程度等。定義“沿著DNA的輪廓得到的長度”為“DNA的輪廓長度”，記作L0；而只考慮DNA的兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，定義“DNA兩個(gè)端點(diǎn)的長度”為“DNA的首末端距”，記作L。
2.DNA兩端加力的方法
本實(shí)驗(yàn)以外徑1mm的方形毛細(xì)管為樣品池，將毛細(xì)管內(nèi)壁徹底清洗并硅烷化修飾，然后鋪上地高辛抗體。Lambda DNA兩端分別修飾上地高辛和生物素，修飾地高辛的一端可以通過抗原抗體相互作用連接在毛細(xì)管內(nèi)壁，修飾生物素的一端以同樣的原理連接在表面修飾了生物素抗體的超順磁球表面，如圖1所示。這樣就可以用磁鐵對超順磁球施力，使DNA拉伸。
磁球所處的位置通過顯微鏡成像在感光元件CCD上。通過以灰度重心法為核心的程序?qū)崟r(shí)計(jì)算球心的位置，即可得到每時(shí)每刻的ΔL值，如圖1所示。
3.DNA雙鏈的WLC模型
在0.1-10pN的拉力范圍內(nèi)，描述雙鏈DNA響應(yīng)拉伸力的最好模型目前是WLC模型。根據(jù)該模型：
其中KB是玻爾茲曼常量；T是熱力學(xué)溫度；L0是DNA的輪廓長度，Lambda DNA的L0約為16.4um；F為外力；L是DNA的首末端距；A為DNA的持久長度，在0.2mmol/L PB（磷酸鹽換緩沖液）+140mmol/L NaCl溶液中，DNA的持久長度A為50nm左右。實(shí)驗(yàn)中只需測出不同F(xiàn)下對應(yīng)的L值，即可作出F對L/L0的函數(shù)圖。