基于微流控芯片的蛋白质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，而如何形成活性三维结构，即生物大分子折叠动力学过程，是科学界长久以来备受关注的焦点问题。蛋自质如何从伸展的新生肽链折叠成高度有序的具有生物学功能的三维结构，一直是当前生命科学中最为活跃的前沿领域之一。而要破译被人们称之为"第二遗传密码"的蛋白质折叠动力学过程，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，本项目率先提出利用基于"微流分子交叉束"新混合方法的蛋白质折叠超快动力学测试平台（时间分辨率达600纳秒)，通过对模式蛋白质的早期超快的折叠动力学进行表征，获得模式蛋白质亚微秒水平的精细折叠动力学过程，深入探讨模式蛋白质分子的的折叠机制。本课题对于蛋白质结构预测、蛋白质设计和深入探讨蛋白质分子折叠的机制、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，并能促进分析化学及相关交叉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，而如何形成活性三维结构，即生物大分子折叠动力学过程，是科学界长久以来备受关注的焦点问题。蛋自质如何从伸展的新生肽链折叠成高度有序的具有生物学功能的三维结构，一直是当前生命科学中最为活跃的前沿领域之一。而要破译被人们称之为"第二遗传密码"的蛋白质折叠动力学过程，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亚微秒水平，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和双水力聚焦超快混合技术，并分别探讨了G-四聚体在分子拥挤条件下的折叠过程和蛋白质与DNA相互作用的动力学过程。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。