利用連續波/脈衝式電子自旋共振光譜探究生物分子於奈米局限空間中之動態結構與構形

Studies of Biomolecular Structure and Dynamics in Nano-confinements by Cw/Pulsed ESR

黃雅雯(Ya-Wen Huang)

指導教授 ： 江昀緯

國立清華大學/理學院/化學系/碩士(2011年)

摘要

近年來有序的孔洞材料被廣泛的開發且引用到生物或生物醫學上的應用。有鑑於此，本研究利用孔洞材料進行一系列生物分子實驗並與一般溶液態實驗作比較，此生物分子為26個胺基酸 之Prion-derived peptide，其能摺疊成helix或hairpin結構。並且結合定位自旋標記—電子自旋共振(SDSL-ESR)技術。進而探討局限於奈米空間中的生物分子特性，尤其結構上的動態變化方面，使研究所得訊息更能接近實際活體細胞。
本研究利用連續波長及脈衝式電子自旋共振光譜實驗(Cw/pulse ESR)詳細探討溫度300K-50K時生物分子受周圍溶劑分子影響下之結構變化。分析結果證實極低溫(~50K)時孔洞材料中的胜肽鏈分子是均勻地分散，但一般溶液(含抗凍劑)中卻為異質性的分布，所以後者的生物分子結構會受到不均質的周圍溶劑分子影響。因此利用孔洞材料所提供的奈米空間局限效應，可使液態樣品在極低溫下仍維持無定形狀態(glassy amorphous state)，十分適用於蛋白質結構分析。
文獻證實受奈米空間局限的生物分子可減緩不希望的翻轉運動，故其Cw-ESR光譜線型與backbone動態有緊密關聯。因此本研究將上述之局限效應運用在Cw-ESR距離量測，成功地在溫度200K~300K之間分析得到有意義的距離分布，並且屏除了分子大小限制以及抗凍劑會干擾分子結構的疑慮。分析由孔洞材料實驗所得的光譜變化，可推得不同二級結構之胜肽鏈其各別骨架的動態變化特性。在奈米局限效應下，兩自旋標記間的距離分布不僅由平均距離描述結構型態，並且由分布寬度顯示胜肽鏈骨架的動態變化。此項突破為探索生物分子的結構與動態運動機制展開新的一頁。

關鍵字

電子自旋共振光譜

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ESR

參考文獻

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