Spectroscopie de force unique de molécules de protéines à l’aide d’un Microscope à Force atomique

Les progrès en spectroscopie de force seule molécule (SMF) par AFM ont permis manipulation mécanique et une caractérisation précise des molécules de protéine unique. Cette qualification a produit de nouveaux aperçus sur la protéine mécanique^1,2, protéine pliante³, interactions de protéine-ligand⁴, interactions de protéine-protéine⁵, et à base de protéines usinées matériaux^6,7,8. SMF est particulièrement utile pour l’étude des protéines qui se déroulent, comme s’étendant de l’AFM permet les liaisons chimiques et physiques au sein de la molécule de protéine à étendre progressivement selon leur rigidité, qui donne lieu à une longueur de contour sans cesse croissante. Cette insuffisance d’une molécule de protéine peut produire une transition abrupte dans la courbe force-extension résultant en un cas de rupture (ou pic de force). Le pic de force donne des informations directes sur le changement de force et de la structure qui se déroule de la protéine pendant le processus de déroulement mécanique. Une des premières études à l’aide de AFM mesurée Titine¹ et trouvé de nouveaux aspects de la protéine se déroule et repliement dans des conditions physiologiques sans l’utilisation de dénaturants contre naturels comme produits chimiques concentrés ou des températures extrêmes.

SMF s’expérimente sur une variété d’instruments, bien qu’ici, nous ne considérons que l’AFM. L’AFM se compose de quatre éléments principaux : la sonde du détecteur, le porte-échantillon et le scanner piézoélectrique. La sonde est un bout pointu du côté oscillant du bras de levier. Après calibration, flexion du levier pendant l’étirement d’une molécule attachée est mesurée à l’aide d’un faisceau laser qui se reflète sur le dos du levier pour déterminer précisément les forces à l’aide de la loi de Hooke. Les projets de faisceau laser réfléchi dans un détecteur de photodiode de quadrant qui produit une tension proportionnelle au déplacement du faisceau laser depuis le centre de la diode. Le substrat avec l’échantillon de protéine dans le liquide est monté sur une scène piézoélectrique 3D qui peut être contrôlée avec précision nanométrique subsidiaire. Un ordinateur lit la tension provenant des détecteurs photodiode et contrôle la scène 3D grâce à une source de tension contrôlée par ordinateur. Ces étapes d’actionneur piezo sont habituellement équipées capacitif ou jauge de contrainte-capteurs de position précisément les déplacements de piezo mesure et hystérésis correcte par le biais de système de contrôle des informations en retour. La sortie de signal du capteur du contrôleur piezo est convertie en distance à l’aide de la constante de tension de la piézo qui est calibré en usine. Une courbe de force-extension d’exemple d’une expérience de traction est illustrée à la Figure 2.

Il existe deux types d’expériences de l’AFM-SMF : vitesse constante et force constante tirant sur mesures. Les mesures de force constante SMF sont décrites dans Oberhauser et al. ⁹, alors qu’ici nous nous concentrons sur les mesures de la constante de vitesse. Une expérience traction constante vitesse typique de AFM se faite en fournissant la tension d’un piezo à déplacer doucement un substrat par rapport à une pointe en porte-à-faux. Une expérience typique a la pointe d’abord entrer en contact avec la surface. La mesure de traction est commencée en déplaçant le substrat de la pointe pour faire sortir le contact. Si une protéine vient en contact avec la pointe au départ, il sera tiré et on mesurera la trace qui se déroule de la force contre les déplacements. Le substrat est ensuite ramené le bout et une trace de détente est mesurée où le repliement des protéines peut être déterminé par la force de déplacement.