Методы исследования единичных биомолекул

В экспериментальных методах классической химии, биохимии и биофизики наблюдения проводятся на системе, состоящей из огромного числа молекул. Получаемые данные характеризуют усредненные свойства молекул изучаемой системы. При этом из-за усреднения теряется значительная часть информации об изучаемой системе. (Простой пример: для таких разных наборов чисел, как "2, 5, 5" и "0, 4, 8" среднее значение одинаково и равно 4.) 

В живом организме важные реакции, регулирующие жизнедеятельность, протекают именно между отдельными молекулами – ДНК и ДНК-полимеразой, миозином и актином, антителом и антигеном, рецептором и лигандом. Для биологических макромолекул, которые в ходе выполнения своей роли переходят из одного функционального состояния в другое, зачастую невозможно выяснить классическими методами ни количество этих состояний, ни последовательность перехода из одного в другое, ни время жизни каждого состояния. Методы изучения единичных молекул позволяют решить эти задачи. 

В последние годы все больше и больше новых экспериментальных данных в биологии дает изучение свойств и межмолекулярного взаимодействия отдельных биологических молекул. Данный курс кратко освещает историю и общие принципы таких методов изучения единичных молекул, как флуоресцентная микроскопия (конфокальная и TIRF-микроскопия), зондовая (в том числе, атомная силовая) микроскопия, криоэлектронная микроскопия и др. Для каждого метода разбираются его сильные и слабые стороны, возможности и ограничения. Кроме того, приводятся примеры использования этих подходов для получения информации, недоступной при использовании классических методов исследования.