米饭中的淀粉、蔬果中的纤维素、虾蟹壳中几丁质,这些都是由单糖分子聚合而成的多糖。
淀粉是一种多糖 | Pixabay
多糖是地球上最多的一类生物聚合物;不同于核酸的线性结构,多糖可以具有很多分支,分子结构主干灵活,因而多糖存在大量不同的构象。之前对于多糖结构的研究,只能建立在统计平均的基础上,无法确定单个多糖分子的结构。最近,科学家们尝试了一种新的方法,第一次给单个多糖分子拍了张照,发表在《自然》杂志上。
一个多糖分子的照片 | 参考文献[1]
多糖样品通常是复杂的混合物,如果想要对单个多糖分子进行直接成像,首先需要分离样品中不同分子质量和质荷比的多糖。在超真空条件下,他们通过一种叫做“电喷雾离子束沉积”(electrospray ion beam deposition)的技术,让这些多糖分子分离开,并在超净平面上软着陆,保证共价键不受影响,分子不会断裂。
随后,研究者使用扫描隧道显微镜,在超低温(-269.15℃)的情况下对超净表面上分布的多糖分子进行成像,得到单个多糖分子的图像。扫描隧道显微镜的原理有点像是用手摸盲文,它利用量子理论中的隧穿效应,通过探针和物体表面形成的隧穿电流,探测物体表面的结构,可以观察到单原子级别的起伏。
扫描隧道显微镜拍摄到的多糖样品 | 参考文献[1]
由此,研究者得到了多糖分子的图像。图像里的明暗表示了平面上多糖分子每个单体的高度,由此可以得到多糖分子的空间结构。
右图亮度的六个峰,可以对应左图的六个单体 | 参考文献[1]
多糖几乎参与了生物所有重要的生理过程,很多蛋白质会被糖基化修饰,而这并不是由基因组编码直接决定的。相比蛋白质和核酸,人类对多糖结构的认识还远远不足。对单个多糖分子的成像,或许便是人类迈向解读“糖编码”的关键一步。
参考文献
[1] Wu, X., Delbianco, M., Anggara, K. et al. Imaging single glycans. Nature 582, 375–378 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2362-1
[2] Can chemists crack the sugar code? https://www.chemistryworld.com/features/can-chemists-crack-our-cells-sugar-code/4010803.article#/
作者:Insulindian
编辑:麦麦
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