首次直接对聚糖进行成像学术资讯

来源：iNature

生物分子成像指导我们对它们的不同结构和功能的理解。使用冷冻电子显微镜以亚纳米级分辨率进行的真实空间成像，为蛋白质及其组装提供了重要的见解。迄今为止，还不可能对聚糖进行直接分子成像，而聚糖是地球上主要的生物聚合物，具有大量的结构和生物学功能。固有的聚糖复杂性和骨架灵活性要求单分子方法进行空间成像。目前，聚糖的表征通常依赖于质谱和核磁共振成像的结合来提供对大小，序列，分支和连通性的洞察力，因此需要从间接信息中重建结构。

2020年6月17日，X. Wu等人在Nature 在线发表题为"Imaging single glycans"的研究论文，该研究通过质量选择，电喷雾离子束沉积分离的单个聚糖分子，并通过低温扫描隧道显微镜对其直接成像。该技术的亚纳米级分辨率可实现聚糖连接性的可视化和区域异构体之间的区分。直接聚糖成像是迈向更好地了解碳水化合物结构的重要步骤。

聚糖是由通过糖苷键与不同的区域和立体化学连接的单糖单元构建的生物聚合物。它们的主干灵活性导致大量构象。与严格的线性蛋白质和核酸不同，聚糖可以具有分支的一级结构，此外，每个糖苷键的立体化学可能不同。
结构敏感的方法，例如离子迁移率质谱仪和低温红外光谱仪，具有先进的聚糖分析方法，利用化学定义的分子离子束将样品输送到基于真空的精确分析方法中。然而，这些方法通过平均整个分子集合间接地探查结构，应用直接成像方法，例如扫描隧道显微镜（STM），迄今为止，还没有实现。
对分子进行可靠的STM实验需要在超高真空（UHV）中控制环境，以最大程度地减少表面杂质。因此，聚糖样品是通过电喷雾离子束沉积（ES-IBD）制备的，它与STM成像串联排列，能够对许多非挥发性分子进行结构分析，包括染料，蛋白质，肽和二糖。完整的非挥发性聚糖的气相分子离子束通过质荷比（m / z）过滤器纯化，并通过飞行时间质谱仪进行监测。一系列样品制备仅需要微量的样品（微克级）。在这里，该研究证明了通过STM进行的真实空间分子成像可以有效地揭示聚糖结构的细节。
该研究通过质量选择，电喷雾离子束沉积分离的单个聚糖分子，并通过低温扫描隧道显微镜对其直接成像。该技术的亚纳米级分辨率可实现聚糖连接性的可视化和区域异构体之间的区分。直接聚糖成像是迈向更好地了解碳水化合物结构的重要步骤。
通过制备质谱和扫描探针显微镜成像的串联方法，即使从混合物中分离和鉴定生物学相关的聚糖，也可以提供直接，非平均和化学选择性的方式来研究聚糖的拓扑结构，结构和功能。在低温条件下以亚纳米级分辨率直接显示单个聚糖，可防止由于构象平均而导致的信息丢失。经过质量过滤可确保观察到的几何形状和拓扑结构可以明确地与结构特征（例如分支和连接类型）相关。该信息有可能用作识别单个分子或复杂基序的标准。该研究技术从单分子水平上从化学选择的聚糖中收集数据，因此可以直接关联分子结构与特性的关系-迈向破解'糖'的一步代码'。

来源：Plant_ihuman iNature

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