近日，中国科学院上海应用物理研究所研究人员实现了对界面酶分子的单分子实时荧光成像，通过对运动轨迹的分析发现酶分子的趋向运动是平动与转动的竞争平衡结果，相关工作发表在Journal of the American Chemical Society上。液体中的分子通常作无规则的布朗运动。对于有催化活性的酶分子而言，它们可利用酶促反应过程中底物转化时释放的能量驱动其自身的运动。
以往研究表明，酶分子运动的扩散系数与底物浓度呈正相关，该现象被称为酶促分子马达。然而，酶分子是否存在类似细菌的趋向运动，即酶分子是否主动向底物浓度高的方向扩散，是一个疑问。上海应物所物理生物学研究室博士研究生孙乐乐，高延静在研究员李迪、樊春海等指导下，基于DNA折纸术发展了一种对界面上酶级联反应中的单个酶分子运动轨迹实时成像的方法，并对酶分子趋向运动机制作出解释。
研究人员以胆固醇修饰的DNA分子为锚定链，并利用胆固醇分子可以嵌入磷脂双层膜的特点，将酶分子固定在二维磷脂分子界面。研究发现，不同锚定手段可以控制酶分子在二维磷脂界面上的运动速度。基于此，科研人员在磷脂双分子层的二维界面上构建了一个酶级联反应：其中上游的葡萄糖氧化酶在界面上固定不动，而下游的过氧化氢酶可以在界面上自由扩散。利用全内反射显微镜，他们实时观测了单个酶分子的运动轨迹。
这一工作解释了酶促马达并未造成趋向运动的原因。该工作构建的控制界面上不同蛋白质分子运动速度的方法及对蛋白质运动轨迹实时成像的平台，可用于研究信号通路中多种蛋白质作用及抑制剂筛选，为研究蛋白质间的动态相互作用提供了新工具。