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隨著光遺傳的發(fā)展，利用光對蛋白質(zhì)活性的時空調(diào)控成為了一個新的研究方向。最近，北京大學(xué)深圳研究生院趙勁老師課題組和北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳鵬老師課題組共同合作，在美國化學(xué)會刊Journal of the American Chemical Society在線發(fā)表了名為 《Mechanism-Based Design of a Photoactivatable Firefly Luciferase》的科研論（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja4013535），報道了他們利用光保護(hù)的賴氨酸類似物(ONBK)開發(fā)了一種基于機(jī)理的光激活螢光素酶，并用于檢測活細(xì)胞內(nèi)ATP的動態(tài)變化。
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螢火蟲螢光素酶報告體系是一種被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究的一種報告體系。在ATP和氧氣的參與下，螢光素酶可以氧化螢光素，產(chǎn)生高亮度的生物螢光。由于螢光素酶報告體系能夠提供高靈敏，低背景的檢測結(jié)果，所以這個檢測體系在研究細(xì)胞，活體組織和動物的生命活動過程和基因表達(dá)中有著重要的應(yīng)用。螢光素酶也可以用于檢測環(huán)境或細(xì)胞內(nèi)的ATP濃度，但是對活細(xì)胞內(nèi)的ATP動態(tài)變化的檢測有一定的難度。為此，趙勁老師課題組和陳鵬老師課題組共同合作開發(fā)了基于非天然氨基酸的光控螢光素酶體系，并成功用于檢測活細(xì)胞內(nèi)ATP的動態(tài)變化。
螢火蟲螢光素酶中529位的賴氨酸殘基在螢光素酶催化發(fā)光過程中起到了重要的作用，利用光保護(hù)的賴氨酸類似物(ONBK)替代這個重要的賴氨酸殘基，可以使螢光素酶完全失去酶活。再利用低強(qiáng)度的紫外光(365nm)照射進(jìn)行脫保護(hù)重新生成自由的賴氨酸殘基，恢復(fù)螢光素酶的活性。這種方法可以對螢光素酶的活性進(jìn)行時空調(diào)控，并且這種低強(qiáng)度的光照不會對細(xì)胞產(chǎn)生損害。將這種光控螢光素酶表達(dá)在活細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中并用低強(qiáng)度紫外進(jìn)行光照，可以對活細(xì)胞內(nèi)的ATP濃度隨時間的變化進(jìn)行檢測。
該工作由北京大學(xué)深圳研究生院2010級博士生趙鏡一同學(xué)和北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士生林世賢同學(xué)合作完成。