组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
H9 禽流感病毒（H9 avian influenza virus），样品基质为类囊体/缓冲液体系
检测原理
FoF1-ATPase 由膜内 Fo 质子通道和膜外 F1 催化头组成，c 环与 γ 转子机械耦合。跨膜质子动力势（p.m.f.）驱动 c 环旋转，引起 α3β3 定子构象循环，催化 ATP 合成；反向水解 ATP 可泵出质子。传感设计中，抗 β 抗体结合 F1 β 亚基，经链霉亲和素-生物素串联 H9 抗体，在定子上形成外部链接，改变定子负载与构象，使酶活性受抑制。当 H9 病毒被 H9 抗体捕获后，外部链接构象/受力改变，马达活性异常升高。通过荧光素-荧光素酶法检测 ATP 合成/水解活性变化，即可无标记地反映 H9 病毒结合事件。
检测灵敏度
—
效应效果
作者以原生 FoF1-ATPase 为对照，逐级在 β 亚基上连接抗 β 抗体、链霉亲和素、H9 抗体和 H9 病毒。结合抗 β 抗体后，ATP 合成/水解活性约为原生的 85%；再连接链霉亲和素后活性为结构 1 的 87%；连接 H9 抗体后为结构 2 的 75%；捕获 H9 病毒后活性升至结构 3 的 210%，超过原生水平。直接加入 H9 病毒对原生酶无影响，说明响应来自抗体-病毒特异性识别。每组统计 50–60 个样本，实验独立重复 5 次以上（每次 10 样本）。作者认为该外部链接体系具有设计快速、无标记、灵敏且选择性生物传感器的潜力。
传感器的构成
- 囊泡基底：类囊体膜囊泡（chromatophore）/脂蛋白囊泡（proteoliposome），承载 Fo 并维持跨膜质子动力势（p.m.f.）
- 换能器/分子马达：FoF1-ATPase 全酶，Fo 质子通道（c-ring）与 F1 α3β3γ 机械耦合，将质子流或 ATP 水解转化为旋转与活性变化
- 识别元件：抗 β 亚基抗体（β antibody），结合 F1 β 亚基，作为外部链接起始点
- 连接元件：链霉亲和素（streptavidin）-生物素（biotin），串联 H9 抗体，形成外部机械负载
- 识别元件：H9 抗体（H9 antibody），特异性捕获 H9 病毒
- 被测物：H9 禽流感病毒（H9 avian influenza virus），结合后改变马达活性
- 信号读出：荧光素-荧光素酶法（luciferin-luciferase method）与计算机化超微弱发光分析仪，检测 ATP 合成/水解活性变化
中文摘要
FoF1-ATPase 是广泛存在于细菌、叶绿体和线粒体膜中的纳米级旋转分子马达，利用跨膜电化学质子动力势（p.m.f.）合成 ATP，也可反向水解 ATP 并泵出质子。单分子荧光成像、光谱和磁镊等技术直接观察到 F1、Fo 及全酶旋转，推动了对结合变化机制和机械化学耦合的理解。本文简要综述作者近期工作：建立全酶系统动力学解析模型，描述旋转速度与底物/产物浓度、跨膜质子动力势及阻尼系数关系；提出三催化位点随机结合模型和随机机械化学耦合模型，解释 ATP 合成/水解可逆性；重构去 δ 亚基 FoF1-ATPase 并与细菌视紫红质共封装于脂蛋白囊泡，在单分子水平直接观察光驱动 Fo 旋转；以及通过 β 亚基外部链接（抗体、链霉亲和素、H9 抗体和 H9 病毒）调节全酶活性，显示捕获 H9 病毒后活性异常升高，提示其可用于无标记生物传感器设计。
英文摘要
F(o)F(1)-ATPase is an amazing molecular rotary motor at the nanoscale. Single molecule technologies have contributed much to the understanding of the motor. For example, fluorescence imaging and spectroscopy revealed the physical rotation of isolated F(1) and F(o), or F(o)F(1) holoenzyme. Magnetic tweezers were employed to manipulate the ATP synthesis/hydrolysis in F(1), and proton translation in F(o). Here, we briefly review our recent works including a systematic kinetics study of the holoenzyme, the mechanochemical coupling mechanism, reconstituting the delta-free F(o)F(1)-ATPase, direct observation of F(o) rotation at single molecule level and activity regulation through external links on the stator.