Chapter

Single-molecule Studies of Proteins

Volume 2 of the series Biophysics for the Life Sciences pp 1-47

Date:

Nanomechanics of Proteins, Both Folded and Disordered

  • Rubén HervásAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Albert Galera-PratAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Àngel Gómez-SiciliaAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Fernando Losada-UrzáizAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , María del Carmen FernándezAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Débora Fernández-BravoAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Elena SantanaAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Clara Barrio-GarcíaAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
  • , Carolina MeleroAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia)
    • , Mariano Carrión-VázquezAffiliated withCentro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Cajal, IC-CSICInstituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia) Email author 

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Abstract

Single-molecule techniques have recently provided a versatile tool for imaging and manipulating protein molecules one at a time, enabling us to address important biological questions in key areas of cell biology (e.g., cell adhesion and signaling, neurodegeneration) and protein science (e.g., protein folding, protein structure and stability, catalysis, protein evolution, conformational polymorphism, and amyloidogenesis). One of these techniques, single-molecule force spectroscopy based on atomic force microscopy, combined with theoretical/computational approaches and protein engineering, has allowed unprecedented progress in characterizing and understanding at the molecular level the mechanical properties of biomolecules, particularly those of proteins, which has recently opened the new, exciting and fast-growing research field of protein nanomechanics. The aim of this review is to describe the principles of this methodology and to discuss the main achievements in this field, with special emphasis on its emerging application to the analysis of intrinsically disordered proteins.