新研究首次测量出单分子的有效电荷

刘曲

2018年01月18日10:10  来源:新华网
 
原标题:新研究首次测量出单分子的有效电荷

  瑞士国家科学基金会近期宣布,瑞士研究人员首次精确测量出了单个分子在溶液中的有效电荷,相关研究有望用于未来的医学诊断。

  许多生命现象涉及蛋白质等分子之间的相互作用,而电荷在其中起着至关重要的作用。然而,蛋白质在生物体内通常存在于含水环境中,用传统方法很难准确地测量蛋白质在这一环境中的电荷。

  苏黎世大学教授马德哈维·克里希南开发了一种精确测量溶液中单个分子电荷的方法。

  克里希南等人利用了众所周知的布朗运动现象,即悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。首先他们把要测量的分子困在一个“势阱”中,这是分子在某一优先范围内势能最小的情况。此时弹跳的水分子不断尝试将这一分子从势阱中排出。克里希南解释说:“这就像孩子们在坑底玩球一样。‘球’就是我们感兴趣的分子,而‘孩子们’是水分子。球要飞出坑,就必须受到很大的冲击。”

  分子的有效电荷越高,势阱的深度也就越大,因此分子从其中喷出的可能性越低。在实践中,这意味着将分子从势阱中踢出所需的时间与其有效电荷直接相关。

  “这最终归结为一个统计原理,”克里希南解释说,“如果我们知道一个分子被困在势阱中的时间有多长,我们就知道这个井有多深,而且由于这个深度直接取决于分子的有效电荷,所以我们也可以非常准确地推导出这个值。”

  为了创造这样一个势阱,研究人员将蛋白质溶液压缩在两块玻璃之间,其中一块覆盖有微孔。溶液中的蛋白质分子用荧光剂标记,以方便用光学显微镜追踪。

  这一新发现不仅具有重要的基础研究价值,同时也有助于诊断出许多由畸形蛋白质引起的疾病,比如阿尔茨海默病和癌症。

(责编:张歌、熊旭)

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