利用荧光显微技术研究生物单分子-(精选·公开·课件).pptVIP

利用荧光显微技术研究生物单分子 光学单分子方法的进展 近20 年来, 光学探测方法有了长足的进步。在80 年代出现并逐渐成熟起来的近场显微术为超衍射极限分辨成像提供了基本手段, 同时也使光学显微术进入了纳米科学的领域。而共焦显微术不仅突破传统光学的衍射极限, 而且为光学探测引入了第三维空间信息, 使光学探测具有了层析能力, 实现了真正的空间三维成像。 超短脉冲激光技术直接导致了多光子荧光显微术的成功。尤其是飞秒激光激发的荧光显微术, 对于提取时间分辨的信息是有力的工具。这种荧光单分子探测及单分子光谱探测与其数据处理方法的组合, 形成了荧光共振能量转移的探测方法。通过该方法可以获得1.5 纳米～ 8 纳米的空间分辨率的构像信息, 达到光学方法上最高的分辨率。 以上近场、共焦、荧光显微术和荧光共振能量转移四种基本技术构成了目前活跃的生物单分子探测的光学平台。 Myosin V 的两种运动模型 单分子荧光技术检测运动模型 把一个荧光分子标记在myosin V 的一条腿上，再用荧光显微镜来对标记的荧光分子进行检测。据此来研究myosin V的迈步过程。 远场和近场光学检测 主动或被动发光的原因是物体受激发之后,内部电偶极跃迁引起电磁场的辐射,电磁波从物体表面向自由空间传播。 物体表面以外的场分布可以划分为两个区域: 距物体表面仅几个波长内区域,这一区域称为近场区域; 近场区域以外到无穷远是远场区。 常规激发和收集均处于远场区域。在远场区域只存在可以向无穷远传播的远场波(也称为辐射波) 。近场区域光场包括了限于表面仅几个波长内存在的成分,即近场波(也称为非辐射波) ;又包括远场波。近场波也被称为衰逝波,(隐失波) ,其强度随离开表面距离指数衰减,不能在自由空间存在。近场波体现了光在传播过程中,遇到空间光学性质不连续时,光波的空间瞬态变化,这种变化很快在空间衰减,它反映了空间光学性质的不连续性。 全内反射显微 光在光密介质中传输, 如果它以大于临界角的角度入射到另一个折射率较小的介质上, 光就会发生全反射。。实际上, 即使当角度 Hc, 仍然会有一小部分能量以隐失波的形式穿透到液体介质中, 在“近场”情况下, 光沿平行界面传播。由全内反射产生近场激发照明之后, 利用共焦或宽场去取像, 即构成荧光标记全内反射荧光显微镜。 共聚焦显微 在光学成像系统中利用两个焦点来生成物体的象。一个焦点为使用显微镜物镜把入射的激光在物体表面或内部形成的。这个焦点便是一个象点，也是一个点光源。它可以是反射的光，也可以是物体受激发发出的荧光。这一象点再通过另一个物镜成像在针孔孔径上，则生成了第二个焦点。这两个焦点是共轭的（共焦）。 通过沿x或y方向一点点地生成象点，综合成平面图像，再调节z方向生成象点，通过计算机合成三维图像。 所以共焦显微镜具有对细胞和光漂白区域进行深度三维成像的能力。 Hand-over-hand VS inchworm 如何检测单分子 生物单分子的尺度在1 纳米～10 纳米, 目前荧光标记的单分子团在100 纳米左右。传统光学方法(远场显微镜) 达到的最好分辨率是250 纳米, 共焦显微镜的分辨率仅提高了1. 4倍～ 2 倍, 荧光显微术可以再提高2 倍～ 4 倍, 但是仍不能达到单分子级。因此目前利用荧光远场成像方法所揭示的大部分是荧光团的行为。 Myosin V步距的统计 结论 Animation: Myosin V walking along an actin filament 荧光共振能量转移 展望 虽然光学方法对于探测单发光团分子是足够灵敏的, 但它不可能局部化这个探测点小到可以与一个分子尺度相比的程度。为了改进分辨率缩小光孔尺寸, 需使本来很弱的光衰减得更弱。最终要求在探测中不仅是探测到单分子荧光团的存在, 而且要探测到单分子的结构形状和行为。解决该问题的途径之一是使光学显微镜的荧光高灵敏探测与原子力显微术相结合。还可以借助于光钳进行单分子操作技术, 并且合并光谱信息的探测。 在增进我们对生物大分子行为及其功能关系的理解方面,单分子荧光探测和光谱给人们以很大的希望。其最大的挑战是掌握研究活细胞中个别的和稀有的生物过程。目前的染料荧光技术还不能完全应付这种挑战。但是对于适用于半导体激光的荧光染料技术的研制已经起步 , 发展其它利用特殊光物理性质的新荧光探针也是必要的。 * * 陈浩　200425023 分析化学专业 Myosin V 的分子结构 肌球蛋白是包含18个不同子类的一大类蛋白分子马达，但构型上都属于二聚体，有两个明显伸出的“头”，用于附着在肌球蛋白丝上，这里我们干脆称之为“腿”。 (1)在Hand-over-hand模型中，后腿向前移动了74nm，而前腿没有移动。分子