關(guān)于單分散聚糖分子形貌的實(shí)空間觀測(cè)

生物分子的形貌決定了它的功能。對(duì)于酶和其他蛋白質(zhì)分子來說，這一規(guī)律早已經(jīng)被人們所觀測(cè)到并為人熟知。然而對(duì)于地球上的另一種主要的生物大分子——聚糖來說，人們?nèi)匀蝗狈τ行У闹苯佑^測(cè)表征手段。以至于，人們到目前為止，還不清楚這種也被稱作碳水化合物的分子是否也像蛋白質(zhì)一樣折疊，從而產(chǎn)生不同的性質(zhì)。更重要的，現(xiàn)有人們所依賴的非直接觀測(cè)手段只能揭示樣品分子的平均結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于聚糖分子這種復(fù)雜多變的分子來說，這些對(duì)平均結(jié)構(gòu)的觀測(cè)所提供的信息并不準(zhǔn)確。尤其在研究其構(gòu)型和生物化學(xué)功能的關(guān)系時(shí)，這些平均信息的作用和價(jià)值會(huì)大打折扣。

近日，德國(guó)馬克思普朗克固體研究所Klaus Kern教授團(tuán)隊(duì)，馬克思普朗克膠體界面研究所Peter H. Seeberger教授團(tuán)隊(duì)以及牛津大學(xué)Stephan Rauschenbach教授合作報(bào)道了單分散聚糖分子的直接實(shí)空間成像。人們首次在實(shí)空間中觀測(cè)到單分散聚糖分子的形貌，并實(shí)現(xiàn)了不同同分異構(gòu)體間連接結(jié)構(gòu)及連接位置的辨別。

文章要點(diǎn)

單分散聚糖分子的獲得。利用離子電噴霧技術(shù)，將多糖分子從溶液狀態(tài)氣化并電離，通過高靈敏度的飛行質(zhì)譜篩選，進(jìn)而利用弱電場(chǎng)，將其可控沉積到冷卻到120K的金屬單晶表面，獲得了單分散的聚糖分子。樣品被轉(zhuǎn)移到冷卻至4.5K 的掃描隧道顯微鏡中進(jìn)行表征。

單分散聚糖分子形貌的實(shí)空間觀測(cè)。采用低溫掃描隧道顯微鏡，對(duì)單個(gè)聚糖分子進(jìn)行亞納米級(jí)分辨的成像。通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)單元位置和連接的精細(xì)表征，辨別出了不同同分異構(gòu)體的連接方式以及連接位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其形態(tài)的判斷。

這項(xiàng)技術(shù)復(fù)合了多種國(guó)際前沿研究手段。利用高靈敏度的飛行質(zhì)譜，分子束流經(jīng)過精確篩選，保證了樣品的高純度以及清潔。人們可以從混合溶液中選取想要表征的分子來進(jìn)行沉積表征。利用亞納米級(jí)空間分辨的掃描隧道顯微鏡，在實(shí)空間實(shí)現(xiàn)了分子連接結(jié)構(gòu)及位置的辨別。這項(xiàng)技術(shù)不但適用于小的聚糖分子，對(duì)于自然界中存在的生物分子也可進(jìn)行表征。

圖注：（a， d）不同聚糖分子同分異構(gòu)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)及聚糖符號(hào)表達(dá)式；（b， e） 相應(yīng)分子的掃描隧道顯微鏡圖像；（c， f） 掃描隧道顯微鏡圖像中對(duì)應(yīng)的線起伏圖。
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