Substrate catalysis enhances single-enzyme diffusion.
Substrate catalysis enhances single-enzyme diffusion.
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DOI：
10.1021/ja908773a
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发表时间：
2010-02-24
影响因子：
15
通讯作者：
Butler, Peter J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Muddana, Hari S.;Sengupta, Samudra;Mallouk, Thomas E.;Sen, Ayusman;Butler, Peter J.
我们表明，在尿素存在下，单个脲酶分子的扩散以浓度依赖的方式增加，并计算了导致这种增加的力。在尿素浓度范围为0.001 ~ 1m时，使用荧光相关光谱测量的脲酶扩散比缓冲液对照组增加了16 ~ 28%，当邻苯二酚抑制脲酶时，这种增加明显减弱，表明脲酶催化的结果。使用与脲酶偶联的SNARF-1的pH依赖荧光寿命测量的局部分子pH变化不足以解释扩散的增加。因此，自电泳产生的力仍然是最合理的解释。这个力，用布朗动力学模拟评估，是12pn每反应周转率。这些测量证明了单个酶分子产生的力，为进一步理解生物力的产生和酶驱动纳米马达的发展奠定了基础。
We show that diffusion of single urease enzyme molecules increases in the presence of urea in a concentration-dependent manner and calculate the force responsible for this increase. Urease diffusion measured using fluorescence correlation spectroscopy increased by 16−28% over buffer controls at urea concentrations ranging from 0.001 to 1 M. This increase was significantly attenuated when urease was inhibited with pyrocatechol, demonstrating that the increase in diffusion was the result of enzyme catalysis of urea. Local molecular pH changes as measured using the pH-dependent fluorescence lifetime of SNARF-1 conjugated to urease were not sufficient to explain the increase in diffusion. Thus, a force generated by self-electrophoresis remains the most plausible explanation. This force, evaluated using Brownian dynamics simulations, was 12 pN per reaction turnover. These measurements demonstrate force generation by a single enzyme molecule and lay the foundation for a further understanding of biological force generation and the development of enzyme-driven nanomotors.
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