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超高分辨率荧光显微镜的发展对研究有机大分子的意义

班级：环工2003班 姓名：李某某 学号：***4065

2014年，美国科学家埃里克·白某某（Eric Betzig）、威廉·E·莫纳尔（William E.Moerner）和德国科学家斯特凡·W·赫尔(Stefan W.Hell)三人一起获得了2014年度诺贝尔化学奖，以表彰他们开发出了超高分辨率荧光显微镜。

莫纳尔发现，蛋白发出的荧光可被随意地开启和关闭。当受到488纳米光束激发时，蛋白发出荧光，但不会消退。他还发现，蛋白在405纳米光束下可重新被激活发出荧光，还可用488纳米光束熄灭荧光。这种开关光控荧光蛋白原理是光激活定位显微镜（PALM）的基础。白某某则是从溶酶体细胞的破碎和再生中捕捉到单个细胞图像，绕过了阿贝光衍射极限最终取得突破性进展。2006年，白某某与哈拉尔德·赫斯（Harald Hess）合作，一起在赫斯的客厅创建了PALM样机。在PALM下，光激活荧光蛋白来回转换每次只需少许时间。该方法要求光激活蛋白分开时其位置可精确定位，而图像的建立需多次循环重叠。赫尔创造的受激发射损耗显微技术(STED)原理则有所不同，它是用激光束激发耦合生物分子荧光细胞，在第二次重叠环状激光束关闭所有细胞荧光后，仅剩下纳米 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 可能计算出相隔某一距离的分子之间发生相互作用的可能性。这种方法除了用于研究膜蛋白之外，还能用于许多非随机分布的生物系统研究，例如研究微管上的马达蛋白。

SR成像技术还能用于在单分子水平研究蛋白动态组装过程。SR荧光成像技术与活细胞成像技术和单分子示踪技术(sptPALM)结合就可以很好的用于研究单分子水平研究蛋白动态组装过程。我们可以借助分子密度准确地看出PALM图像中的蛋白质簇，蛋白质簇动态的统计数据和形态学数据能帮助我们了解蛋白质动态组装的机制。通过观察蛋白质之间的组合关系来了解它们的作用，并能为后续的细胞功能试验打下基础。生物学信息就需要SR显微镜这样的三维成像技术，例如可以使用活体细胞SR成像捕捉细胞骨架的动态重构过程等等。

他们三人的创造让人类能够实时观察细胞的生长、发育和繁殖过程。这意味着，我们在读取DNA和转换蛋白时，可了解蛋白与大脑疾病（如阿尔兹海默氏征）之间的关系，甚至了解学习过程中的大脑神经变化。除此之外，他们的创造给生物学家开启了一个探知生物纳米微观世界的窗口，我们因此可以窥视大脑神经细胞的连接形式（突触现象）、蛋白质对亨廷顿氏症（一种神经退化性紊乱疾病）的影响和胚胎内部的细胞分裂……

总的来说，超高分辨率荧光显微镜的发展对研究有机大分子的意义是重大的，深远的，同时也是有着无限可能的。

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