使用原子力顯微鏡(AFM)觀察生化過程

　　隨著樣品處理技術在液體中成像技術的改善，應用原子力顯微鏡（AFM）觀察復雜的生化過程成為可能。轉錄過程是基因表達的中心環節，而使用原子力顯微鏡（AFM）觀察蛋白質和DNA的相互作用存在一個矛盾要解決：生物分子需要固定到基底上是原子力顯微鏡（AFM）的成像基礎，而生化反應過程卻需要生物分子能相對自由地移動。即使在大量非特異性DNA存在時，RNA聚合酶（RNAP）與啟動子間仍存在很高的結合率，人們猜想RNAP沿著DNA的擴散是其原因之一。非特異性復合物在適當條件下沉積后，利用原子力顯微鏡（AFM）可觀察到RNAP沿著DNA滑動，且能在不同的DNA片段間轉移。然而加入肝素可終止這些過程，這就進一步證實了RNAP-DNA相互作用的非特異性。原子力顯微鏡（AFM）還能對轉錄的過程進行實時觀察，在加入核苷酸后，沉積到云母上的延長復合物沿著DNA模板單向移動。兩個對照實驗證實RNAP與DNA的相對移動與轉錄的實際情況相符。在一個對照中，以沒有終止子的微環DNA作為模板，在云母上進行轉錄。在干燥后通過原子力顯微鏡（AFM）可觀察到合成的ＲＮＡ長鏈。在第二個對照中，DNA在相同的條件下，在云母上進行轉錄。不同的是加入的核苷酸用32Ｐ標記。

　　通過PAGE對反應產物進行分析，結果顯示與云母結合的復合物具有活性，而且轉錄的速度與用原子力顯微鏡（AFM）測得的近似生物分子的構象改變也是原子力顯微鏡（AFM）的重要觀察內容。將尿素酶沉積到云母上并用原子力顯微鏡（AFM）掃描，在液池中加入尿素后發現，懸臂的垂直波動明顯增加，這提示由酶活動引起的構象改變能直接通過原子力顯微鏡（AFM）記錄下來。格蘭陰性菌的外膜是其保護屏障，它由規則組裝的蛋白質通道構成。其中研究較多的是Deinococcusradiodurans的六角形組裝中間體（hexagonallypackedintermediate，HPI）蛋白。HPI被認為與營養的攝入和代謝物的排出有關。HPI的原子力顯微鏡（AFM）圖像顯示了規則的六角形及中央的孔樣結構。在液體中成像則發現HPI呈現出“開和“關”兩種不同的構象。意義雖不清，但這卻顯示出原子力顯微鏡（AFM）在液體中成像的優勢。

　　原子力顯微鏡（AFM）在研究分子識別中的應用分子間的相互作用在生物學領域中相當普遍，例如受體和配體的結合，抗原和抗體的結合，信息傳遞分子間的結合等，是生物體中信息傳遞的基礎。原子力顯微鏡（AFM）可作為一種力傳感器來研究分子間的相互作用。這是由于原子力顯微鏡（AFM）理論上能感應10-14Ｎ的作用力，能感應0.01ｎｍ的位移，而接觸面積可小到10ｎｍ2。因此，原子力顯微鏡（AFM）被用于研究互補的DNA鏈間、細胞粘附分子間及配體-受體間的相互作用力。生物素（biotin）和抗生物素蛋白鏈菌素（streptavidin）間有高親和力，其相互作用的熱力學數據也較為清楚。因而，生物素和抗生物素蛋白鏈菌素是原子力顯微鏡（AFM）測定特異相互作用力的良好典型。在一經典實驗中，用生物素化的小牛血清白蛋白（biotinlatedbovineserumalbumin，BBSA）包裹微球，而微球連在懸臂上形成BBSA功能化探針。然后在有生物素阻斷和無生物素阻斷的抗生物素蛋白鏈菌素溶液中測量BBSA功能化探針和BBSA包裹云母間的粘附力。

　　結果顯示，無生物素阻斷的抗生物素蛋白鏈菌素溶液中需要較大的力才能將BBSA功能化探針與云母表面分離，力的大小為（0.257±0.025）ｎＮ，與分離配體-受體所需的力相符。而在此基礎上可推算出其有效的斷裂距離為（0.95±0.10）ｎｍ。因此，當針尖包裹了特定的分子（如生物素）后，通過針尖和樣品間的相互作用可用于辨認表面的相應分子（如抗生物素蛋白鏈菌素）的位置。現在已出現了商用的修飾探針，這些探針包裹了不同的分子，可用于不同用途的分子識別。因而原子力顯微鏡將發揮更廣泛的作用。原子力顯微鏡（AFM）在物質超微結構研究中的應用原子力顯微鏡（AFM）可以直接觀察到表面缺陷、表面重構、表面吸附體的形態和位置、以及有表面吸附體引起的表面重構等。原子力顯微鏡（AFM）可以觀察許多不同材料的原子級平坦結構，例如，可以用原子力顯微鏡（AFM）對DL－亮氨酸晶體進行研究，可觀察到表面晶體分子的有序排列，其晶格間距與X射線衍射數據相符。另外原子力顯微鏡（AFM）還成功地用于觀察吸附在基底上的有機分子和生物樣品，如，三梨酸、DNA和蛋白質的表面。

　　海藻酸聚賴氨酸海藻酸（AlginatePolyL-LysineAlginate，簡稱APA）膠囊薄膜具有半滲透性，構成可以阻止人體免疫系統的成分進入由APA薄膜構成的膠囊，從而使得膠囊內的物質免受免疫系統的侵害。因此，可采用該薄膜膠囊保護人體內移植的組織，延長其在人體內的存活時間。同時，對藥物具有緩釋效應。APA薄膜的半滲透性同其表面的超微結構有著密切的聯系，研究其表面的超微結構對其半滲透性的研究具有重要的意義。已有文獻報道了關于采用原子力顯微鏡（AFM）對APA薄膜的表面結構進行研究的內容，發現了APA表面的特殊結構，從而揭示了APA表面超微結構對半滲透性的重要意義。目前，利用原子力顯微鏡（AFM）已獲得了DNA、透析薄膜、烷烴分子、脂肪酸薄膜以及多糖等的超微結構的圖象。