米乐m6官方网站 成功动态观察一个视网膜分子

　国立先进产业技术综合研究所【会长：吉川博之】（以下简称“AIST”）纳米碳研究中心【研究中心主任：饭岛纯夫】碳测量评估组研究组组长 Kazutomo Suenaga 和 Kon Liu 研究员，以及纳米技术研究部【研究主任 Hiroshi Yokoyama】自组装电子研究组片浦 研究组组长 Hiromichi 和研究员 Kazuhiro柳与日本科学技术振兴机构（主席：冲村纪树）（以下简称“JST”）合作，设计了一种使用电子显微镜观察单个生物分子的方法。具体来说，光会引起眼睛视网膜内的结构变化。视网膜''分子，富勒烯通过与分子结合碳纳米管我们成功地通过将单个分子限制在内部来直接观察其结构变化8571_8607|

　视网膜分子具有结构顺式和反式，当暴露于光时会发生从顺式形式到反式形式的结构变化。这种变化据说是视觉感知的第一步（进入视网膜的光变成电信号，通过视神经传播到大脑），并且这是世界上第一次在单分子水平上区分视网膜分子的顺式和反式形式。

　将生物分子限制在碳纳米管中并对其进行观察的方法是在原子和分子水平上阐明生物功能的新手段，预计未来将有广泛的应用。

　有关这项研究的详细信息，请参阅自然纳米技术将在 2007 年 7 月号上发表（7 月 1 日在线发布（英国时间））。

捕获在碳纳米管中的视网膜分子。左：顺式，右：反式

近年来，在分子生物学领域，为了基本了解生物功能，对直接观察单个分子的单分子成像技术的需求正在迅速增加。电子显微镜相比光学显微镜具有极高的空间分辨率，能够在单分子水平上观察结构，但在单分子水平上观察生物分子的成功例子并不多。这是因为生物分子很容易被电子束损伤，并且没有既定的方法来减少观察过程中的损伤或固定观察样品的方法。观察由碳双键（-C=C-）引起的顺式和反式结构之间的结构变化，例如眼睛视网膜中响应光线而改变形状的视网膜分子，对于在分子水平上理解视觉机制极其重要，但这一点直到现在还没有实现，因为它需要高空间分辨率和观察精度。

　AIST正在致力于“开发在原子水平上评估碳材料（包括有机分子和生物分子）的技术”，其目的是“控制纳米管内结合的原子和分子的结构并阐明其物理性质”（文部科学省科学研究补助金）。利用这些成果，特别是自2006年度以来，在JST的战略性创新研究推进项目团队型研究（CREST）的“开发能够在分子和原子水平上观察软物质的低加速度、高灵敏度电子显微镜”（研究代表：末永和友）的指导下，我们一直致力于特定设备的开发。这些研究项目的目标是“观察有机分子和生物分子的结构变化，就像观察它们的分子模型一样。”特别是，我们设计了一种直接观察单个分子的方法，通过将分子限制在碳纳米管内以减缓其运动，抑制由于电子束作用而产生的热量和电荷，并消除相邻分子之间发生化学反应的可能性。除了这些技术之外，这项研究还将开发一种磁场透镜，即使在保持电子显微镜的加速电压较低的情况下，也可以提高空间分辨率（电子显微镜的分辨率）。球面像差校正我们引入了将空间分辨率从 021nm 提高到 014nm 的技术。使用这些技术，我们尝试鉴定单个分子中的顺式和反式异构体。

　这项研究的重点是“视紫红质”的感光部分（光感受器）。特别是，视网膜分子的顺式和反式形式的识别以及两种形式的动态观察对于理解视网膜分子的行为极其重要，这是视觉感知的第一步（图1）。为了实现这一目标，需要稳定视网膜分子并将其固定为单个分子，但我们试图通过将视网膜分子与富勒烯分子结合并将其放置在碳纳米管内来使电子显微镜观察成为可能。

图1视网膜内视网膜分子光异构化示意图（顺式异构化为反式异构化）

首先，我们合成了一种视网膜分子与富勒烯分子结合的物质（图2）。众所周知，富勒烯分子很容易进入碳纳米管内部，但人们认为，通过将视网膜分子与富勒烯分子结合，两者都会被纳入碳纳米管中。在这项研究中，将开口碳纳米管添加到视黄醛和富勒烯分子的饱和氯仿溶液中并加热。电子显微镜证实这一操作成功地将视网膜分子掺入碳纳米管中。碳纳米管很容易传导热量和电荷，因此有几个已知的通过掺入碳纳米管来稳定分子的例子，但已经发现视网膜分子也稳定了并且可以承受电子显微镜检查。此外，富勒烯的圆形结构很容易用电子显微镜检测到，并且可以作为标记来轻松识别目标视网膜分子。

图2 视网膜分子与富勒烯分子结合（左：顺式，右：反式）

　图3是我们观察到的视网膜分子的电子显微镜图像。可以清楚地区分视网膜分子在中间弯曲的“顺式”（左）和更直的“反式”（右）。这表明现在可以直接观察到碳碳双键（-C=C-）结构，是基础科学领域极其重要的成就。这可以说是碳纳米管的分子保护作用与电子显微镜空间分辨率提高相结合的结果。在视频中，您可以看到视网膜分子在观察过程中每时每刻改变其结构的图像（图4）。这里观察到的视网膜分子结构的时间变化被认为模仿了人类实际看到事物时视网膜中视网膜分子的运动。尽管实际的视网膜分子被限制在视紫红质（一种蛋白质）内，并且与限制在碳纳米管中的视网膜分子处于不完全相同的状态，但基本结构变化预计几乎是相同的。另外，虽然在电子显微镜观察时没有照射光，但由于暴露于电子束而导致结构发生变化。从顺式形式到反式形式的变化被认为与光引起的变化相同。换句话说，观看该视频的人视网膜中的视网膜分子似乎以与使用电子显微镜观察到的相同的方式移动。

图3 碳纳米管内的视网膜分子及其电子显微镜示意图 可以清楚地区分顺式（左）和反式（右）。环顾四周的是Furare n分子。箭头表示顺式和反式形式发生变化的部分。

通过清楚地捕捉视网膜分子的结构变化，我们计划开发具有类似功能的生物传感器，并在原子和分子水平上了解其他生物功能。

◆视网膜

视网膜是视紫红质内的一种发色团，具有吸收光（可见光）的作用。当可见光被吸收时，会发生顺反异构化等结构变化，导致整个视紫红质发生结构变化，信号通过视神经传递到大脑。视网膜与维生素A的结构相似，实际上是由维生素A制成的。缺乏维生素A时，晚上就不能像鸟一样看东西，所谓的鸟眼，其实就是因为缺乏视网膜。[返回来源]

◆富勒烯

由碳原子组成的笼状分子。特别是由 60 个碳原子组成的足球形状的 C₆₀该分子是众所周知的。它特别容易融入碳纳米管，其球壳状形状使其在电子显微镜下很容易识别。[返回来源]

◆碳纳米管

一种由碳制成的超细圆柱形材料。这里讨论的单壁碳纳米管的直径约为1至2纳米，可以将各种物质纳入其内部空间。特别是，它们已被证明在电子显微镜中发挥着试管的作用。[返回来源]

◆顺/反异构体（几何异构体）（顺反异构体)

有机分子和复合物的一种异构体。当两个不同的基团与碳双键键合时，如果构成主链（碳原子数最多的链）的碳骨架在同一侧（不在同一个碳上），则顺式（顺式)形状，当你到达另一边时，变压器(反式) 成为形状的几何异构体。[返回来源]

◆球差校正

电子显微镜的分辨率由两个因素决定：入射电子的加速电压和透镜的球差。球差校正是一种通过校正物镜像差（球差）来提高电子显微镜分辨率的新技术，使得在不增加加速电压的情况下提高分辨率成为可能。[返回来源]

◆视紫红质（感光膜蛋白）

视网膜中的感光细胞将进入眼睛的光转换成电信号。它由视蛋白（七个 α 螺旋）和视网膜发色团组成。它是一种在视觉机制中发挥第一步的物质。[返回来源]

◆构象（构象，构象）

可以相互转换的原子空间排列。特别是，当每个键的构象发生变化时，生物分子的整体三维结构会发生显着变化。[返回来源]