核糖开关是生物体内重要的基因调控元件。核糖开关通过结合配体将自身结构稳定在“开”或“关”的某一构象,影响下游基因的表达。理解核糖开关功能的关键问题包括:1)配体如何影响核糖开关的结构稳定性,2)核糖开关能否在下游基因被表达之前完成两种构象的转换。通过测量核糖开关结构和热力学稳定性的变化,以及核糖开关结构形成的动力学,能很好的解释上述问题。传统方法通常测量分子在某一具体构象的静态结构,缺乏分子结构转变和动力学的信息。单分子方法可以测量结构转变的中间态并和分子的具体结构对应,对于动力学的测量也十分有利,是传统方法的重要补充。利用基于原子力显微镜（AFM,atomic force microscopy）的单分子力谱在测量分子中间态上的优势,我们可以了解核糖开关在镁离子和配体条件下的中间态和结构上的差异,以及态转变前后的能量变化信息,以期解释其结构变化和功能之间的联系。虽然AFM优良的时间分辨率十分有利于测量中间态,但是传统基于AFM的单分子力谱在低力（5～30 pN）水平下由于精度和稳定性不够,容易掩盖RNA分子的中间态信息。同时,AFM探针通常采用非特异性接触分子的方式测量力谱,降低了力谱数据获取的效率。这里,我们借助聚焦离子束（FIB,focused ion beam）加工探针以提升测量的稳定性和精度,从而能观测到核糖开关更多的中间态,同时采用AFM探针特异性连接分子的方法可以高效获得可解释的力谱数据,方便我们进行能量和动力学分析。基于对AFM测量方法的改进,我们测量了SAM-I核糖开关的去折叠过程中的中间态、能量和动力学参数的信息。去折叠路径给出SAM-I核糖开关有F、P4、P2P3、P2、P2＿part和U这6个中间态,对应于P1结构、结合口袋和假结结构,P4结构,P3结构,P2结构的去折叠。虽然SAM-I核糖开关在镁离子和配体条件下,由于测量精度不够并没有显示出明显的中间态差异,但是在中间态F的去折叠力上呈现了明显变化,说明配体对于F→P4态转变涉及的P1结构、结合口袋和三级结构有影响。对去折叠过程中自由能变化Δ的测量指出配体将Δ提升约9±7 kcal/mol,说明配体可能通过稳定F→P4态转变涉及结构来提升核糖开关整体的自由能变化。基于去折叠过程中F态态转变的动力学分析结果,加入配体使得F态的去折叠速率常数0从0.05±0.09-1降低至0.01±0.01-1,说明配体有可能提升了F态去折叠的能垒高度。该实验结果说明配体主要通过稳定P1结构、结合口袋和假结结构帮助SAM-I核糖开关行使基因调控的功能,但是对于核糖开关折叠快慢的分析需要折叠动力学的实验结果。我们发展的更高分辨率的力谱提高了AFM测量核糖开关的力精度,提升了AFM在研究核糖开关上的适用性。后续,如果AFM测量的分辨率能进一步提升,我们能够重构SAM-I核糖开关折叠和去折叠更多中间态的自由能谱,给出态转变的能量和动力学的完整图像,从而能更加清晰的解释SAM-I核糖开关的调控功能。