Reversible and controllable nanolocomotion of an RNA-processing machinery.
Reversible and controllable nanolocomotion of an RNA-processing machinery.
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DOI：
10.1021/nl103754z
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发表时间：
2010-12-08
期刊：
影响因子：
10.8
通讯作者：
Ha T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lee G;Hartung S;Hopfner KP;Ha T
分子马达激发了纳米技术的许多研究途径，但迄今为止研究的大多数分子马达仅允许单向运动。古细菌 RNA 外泌体是一种可逆马达，可以聚合或降解 RNA 链，具体取决于化学环境。我们开发了一种单分子荧光测定法来分析这种纳米机器在 RNA 上的实时运动。尽管具有多聚体结构，但该酶遵循米氏动力学，最大速度为~3个核苷酸/秒，表明三个催化圆柱体并不协同激发。我们还展示了通过流体控制实现的按需快速方向切换。当两种反应速度平均平衡时，酶会显示出其催化的先前反应的记忆，并在主要聚合和主要降解行为之间随机切换。这种纳米机器推动的持续、可逆和可控运动在环境传感、诊断和货物运输应用中具有广阔的前景。
Molecular motors have inspired many avenues of research for nanotechnology but most molecular motors studied so far allow only unidirectional movement. The archaeal RNA-exosome is a reversible motor that can either polymerize or degrade an RNA strand, depending on the chemical environments. We developed a single molecule fluorescence assay to analyze the real time locomotion of this nanomachine on RNA. Despite the multimeric structure, the enzyme followed the Michaelis−Menten kinetics with the maximum speed of ∼3 nucleotides/s, showing that the three catalytic cylinders do not fire cooperatively. We also demonstrate rapid directional switching on demand by fluidic control. When the two reaction speeds are balanced on average, the enzyme shows a memory of the previous reaction it catalyzed and stochastically switches between primarily polymerizing and primarily degrading behaviors. The processive, reversible, and controllable locomotion propelled by this nanomachine has a promising potential in environmental sensing, diagnostic, and cargo delivery applications.
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