人们对于生物体内各种细胞内的活动和蛋白等的研究总是没有办法很直观的观测,荧光蛋白和各种荧光分子的发现为人们解决了这一大难题。活生物体内的各种微小的变化不再需要入侵试地进行研究,而是可以转化成荧光信号被人们在外界更方便的监测到。荧光蛋白被发现以来,人们立刻发现了这种蛋白可以很好的做成离子传感器用于观测生物体内离子浓度的变化,然而本文提出了荧光蛋白也可以通过对其β桶结构的控制做成力学传感器来观测生物体内力学性质的变化。对于荧光分子,人们越来越多的利用荧光共振能量转移来进行单分子研究,本文就是选取了霍利迪交叉结构来进行研究。我们将酶切位点嵌入其中,若是在霍利迪交叉分子上修饰供体和受体两个荧光分子,就可以通过荧光共振能量转移来研究酶促反应,这个体系也可以被用来做很多单分子的研究。在第一章中,我们主要介绍了整篇文章所需的背景知识。首先,我们将对蛋白质进行基础的介绍,如蛋白质的基本组成单位,空间结构和功能。然后我们简要介绍了绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)的发现,空间结构和荧光基团的发光机制。由于本文中主要用到的DNA改造技术是聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR),因此我们介绍了常规,突变和大引物PCR的工作原理,反应体系和反应过程。最后,我们将介绍荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET)的原理,观测 FRET 反应所需的全内反射荧光显微镜(Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy,TIR-FM)和实验所需的基板修饰过程。在第二章中,详细介绍了我们构建的基于红色荧光蛋白的力学传感器。由于红色荧光蛋白相比于其他颜色的荧光蛋白具有穿透性强,光毒性弱,更利于体内成像等优势,更适于用于生物体中,因此我们选用红色荧光蛋白来构建力学传感器,以便以后可以有生物学意义上的应用。力学传感器的构建思路是在红色荧光蛋白的N端和C端添加片段使其对荧光蛋白的β桶结构产生收紧作用的影响,从而改变荧光强度,将荧光强度与荧光蛋白所受的力加以对应,即可成为力学传感器。另外,若是β桶结构发生了较大的变化如被强烈挤压,我们发现荧光蛋白发射光谱的发射峰也会发生蓝移,甚至会对荧光蛋白的颜色产生影响,这样的变化也可以用于观测生物体内力学性质的变化。在第三章中,我们将介绍我们构建的观测酶促反应的体系。我们选用限制性内切酶BamHI,将其序列嵌入霍利迪交叉结构中,利用单分子荧光共振能量转移的手段将实验效果放大来进行研究。由于霍利迪交叉结构在特定条件下会在两态跳跃,荧光共振能量转移的效率也会相应发生改变。若是霍利迪交叉结构的某个分支的长度发生变化,能量转移效率的两态跳跃速率也会发生变化,这就使我们很好地观测到酶促反应的动力学特征。最后,我们将对以上所有工作作出总结并提出将来可以基于以上工作继续深入研究的展望。