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近20年来生物单分子实验技术发展迅速,磁镊技术作为一种简单易行的单分子操纵技术被人们广泛应用。然而传统磁镊的测量精度受限于磁球的布朗涨落,当磁力小于~10pN时,磁球的布朗涨落明显增大,对应磁镊的空间分辨率显著下降。 为了提高传统磁镊在小力条件下的测量精度,本文将全内反射荧光技术引入到磁镊技术中,结合两种单分子技术的优势搭建了高精度磁镊实验装置,并建立与之相适应的“磁球-手柄,荧光微球-待测生物分子”单分子连接系统,在小力条件下(小于~10pN)获得纳米量级的测量精度。应用搭建的高精度磁镊装置对发卡结构DNA的折叠-去折叠态的转变过程进行了研究,依据发卡结构DNA的折叠-去折叠态转变的性质对全内反射瞬逝场的穿透深度进行了校正,并结合实验结果对所搭建磁镊的测量精度分析讨论。 本文利用搭建的高精度磁镊装置以及自行设计的单分子连接系统对core-Bloom进行了较深入的研究。在较低酶浓度下,我们观察到了core-BLM酶的解旋集聚现象:core-BLM结合到底物DNA上并开始解旋,当解旋一定长度DNA片段后,core-BLM链交换到互补链上,在互补单链退火的作用下快速滑移,这样的缓慢解旋和快速滑移过程交替出现多次。经过统计分析,我们提出了core-BLM的集聚解旋的分子机制——断续解旋机制。Core-BLM存在两种解旋态(强结合态、弱结合态),当它处于解旋工作中时,core-BLM在这两种解旋态中转换。当core-BLM处于强结合态时,它能够发生链交换,随后沿着互补单链快速滑移。当core-BLM处于滑移状态时,它与底物DNA的结合较弱,可以再次结合到前导链上,进而引发新的解旋过程。我们还发现core-BLM的一些生物学功能都与断续解旋机制相关。我们分别模拟了受阻复制叉结构的恢复过程和替位环的解开过程。Core-BLM以断续机制解旋受阻复制叉结构底物,并使其恢复;在替位环解开过程中,core-BLM依然以断续方式进行解旋,该解旋方式可以高效地保证替位环结构完整地解开。由些说明,断续解旋机制对core-BLM的众多生物学功能的实现有重要意义。