生物大分子折叠超快动力学新方法研究

生物大分子的功能取决于分子结构，如何形成活性三维结构，即折叠动力学，是当前生物物理学研究中最为活跃的前沿领域之一。核酸和蛋白质复杂的折叠是由众多简单、局部和超快的折叠迭加而成的。揭示生物大分子精细的折叠过程，动力学测量的时间分辨率是最大的挑战。在前期工作基础上，本项目提出一种基于微流控生物芯片的"微流分子交叉束"方法，通过微流体在芯片微通道内的高速碰撞，以连续流的方式，实现适用于生物学研究的液相体系超快混合，从而建立简单、可靠和普适性强的表征生物大分子折叠超快(时间分辨率为10-100纳秒)动力学的新方法，将生物分子反应动力学从经典的停留技术的毫秒级分辨率大跨度推进到以连续流为基础的纳秒级水平，并应用该方法表征单链核酸和钙调蛋白的折叠动力学过程。本课题对于深入探讨核酸和蛋白质折叠的机制、折叠动力学与功能的关系等基础性生物学问题具有重要科学意义，并促进生物物理学科的发展和人才培养。

生物大分子的功能取决于分子结构，如何形成活性三维结构，即折叠动力学，是当前生物物理学研究中最为活跃的前沿领域之一。核酸和蛋白质复杂的折叠是由众多简单、局部和超快的折叠迭加而成的。揭示生物大分子精细的折叠过程，动力学测量的时间分辨率是最大的挑战。本项目提出了一种基于微流控生物芯片的“交叉微流束”方法，通过微流体在芯片微通道内的高速碰撞，以连续流的方式，实现适用于生物学研究的液相体系超快混合，从而建立简单、可靠和普适性强的表征生物大分子折叠超快动力学的新方法，将生物分子反应动力学从经典的停留技术的毫秒级分辨率大跨度推进到以连续流为基础的纳秒水平，并应用该方法表征了单链核酸(dT35)、细胞色素c的折叠动力学过程，观察到了前人没有揭示的生物大分子最早期的折叠过程；进一步发展了高粘度液体超快混合技术，并探讨了G四聚体在分子拥挤条件下的折叠过程。本项目发表SCI论文7篇，申请国家发明专利3项,应邀在国际学术会议上做邀请报告7次，国内学术会议邀请报告2次。本课题对于深入探讨核酸和蛋白质折叠的机制、折叠动力学与功能的关系等基础性生物学问题具有重要科学意义。