Traditional single-molecule methods do not report whole-molecule kinetic conformations, and their adaptive shape changes during the process of self-assembly. Here, using graphene liquid-cell electron microscopy with electrons of low energy at low dose, we show that this approach resolves the time dependence of conformational adaptations of macromolecules for times up to minutes, the resolution determined by motion blurring, with DNA as the test case. Single-stranded DNA molecules are observed in real time as they hybridize near the solid surface to form double-stranded helices; we contrast molecules the same length but differing in base-pair microstructure (random, blocky, and palindromic hairpin) whose key difference is that random sequences possess only one stable final state, but the others offer metastable intermediate structures. Hybridization is observed to couple with enhanced translational mobility and torsion-induced rotation of the molecule. Prevalent transient loops are observed in error-correction processes. Transient melting and other failed encounters are observed in the competitive binding of multiple single-stranded molecules. Among the intermediate states reported here, some were predicted but not observed previously, and the high incidence of looping and enhanced mobility come as surprises. The error-producing mechanisms, failed encounters, and transient intermediate states would not be easily resolved by traditional single-molecule methods. The methods generalize to visualize motions and interactions of other organic macromolecules.

中文翻译：

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液体细胞电子显微镜的分子自组装的中间状态。

传统的单分子方法没有报告整个分子的动力学构象，并且它们的自适形在自组装过程中会发生变化。在这里，使用低能量低剂量电子的石墨烯液体细胞电子显微镜，我们证明了这种方法解决了大分子构象适应性的时间依赖性，时间长达数分钟，通过运动模糊确定了分辨率，并使用DNA作为测试案件。当单链DNA分子在固体表面附近杂交形成双链螺旋时，可以实时观察到它们。我们对比了相同长度但碱基对微结构（随机，块状和回文发夹）不同的分子，它们的主要区别是随机序列仅具有一个稳定的最终状态，而其他序列提供亚稳的中间结构。观察到杂交与增强的翻译迁移率和扭转诱导的分子旋转偶联。在纠错过程中观察到普遍的瞬态环路。在多个单链分子的竞争性结合中观察到瞬时熔化和其他失败的遭遇。在这里报道的中间状态中，有些是预料之中的，但以前并未观察到，而高循环率和增强的移动性令人惊讶。传统的单分子方法不容易解决错误产生机制，失败遭遇和瞬态中间状态。该方法一般化以可视化其他有机大分子的运动和相互作用。在纠错过程中观察到普遍的瞬态环路。在多个单链分子的竞争性结合中观察到瞬时熔化和其他失败的遭遇。在这里报道的中间状态中，有些是预料之中的，但以前并未观察到，而高循环率和增强的移动性令人惊讶。传统的单分子方法不容易解决错误产生机制，失败遭遇和瞬态中间状态。该方法一般化以可视化其他有机大分子的运动和相互作用。在纠错过程中观察到普遍的瞬态环路。在多个单链分子的竞争性结合中观察到瞬时熔化和其他失败的遭遇。在这里报道的中间状态中，有些是预料之中的，但以前并未观察到，而高循环率和增强的移动性令人惊讶。传统的单分子方法不容易解决错误产生机制，失败遭遇和瞬态中间状态。该方法一般化以可视化其他有机大分子的运动和相互作用。其中一些是可以预测的，但以前未曾观察到，因此出现高循环和增强的移动性令人惊讶。传统的单分子方法不容易解决错误产生机制，失败遭遇和瞬态中间状态。该方法一般化以可视化其他有机大分子的运动和相互作用。其中一些是可以预测的，但以前未曾观察到，因此出现高循环和增强的移动性令人惊讶。传统的单分子方法不容易解决错误产生机制，失败遭遇和瞬态中间状态。该方法一般化以可视化其他有机大分子的运动和相互作用。