莆田冷冻透射电子显微镜技术应用
冷冻电镜技术的独特优势:1、更接近天然状态:电子断层成像技术则可用来研究一定厚度的亚细胞器在天然状态下的内部结构,不需要蛋白质结晶。2、适用研究对象普遍:冷冻电镜单粒子法既可以对具有对称结构的大分子进行研究,也适合于研究结构不规则的大分子复合物,对于分子量的上限没有限制,理论上>100kD的分子在成像技术能够保证的情况下可以形成足够的对比以进行图像校正。冷冻电镜技术作为一种重要的结构生物学研究方法,它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了结构生物学研究的基础。冷冻电镜技术的基本原理利用快速冷冻技术将其瞬间冷冻至液氮温度下。莆田冷冻透射电子显微镜技术应用
冷冻电镜技术解析结构主要风险在:A.样品很不稳定,样品寄送过来的时候,已经降解或者聚集,无法进行后续处理;B.样品在冷冻制样的过程中,可能会被冻碎,从而无法进行后续处理;C.样品纯度可能很好,但是均一度很差,从而难以获得样品的高分辨结构;D.我们关心的区域可能在整个复合体中有很强的柔性,从而经过二维或者三维平均后,我们关心区域的分辨率会比较差甚至看不见,达不到我们的预期;E.一些配体,比如药物前体分子,分子量太小,不一定能在电镜的密度图中观测到;F.对于合适的样品,我们冷冻制样需要优化的参数有很多,包括样品浓度的优化,blottime的优化,温度的优化,grid规格(铜网或者金网)的优化等一系列条件的优化。因此冷冻电镜制样需要丰富的经验和充足的机时支持,不同的实验者,成功率可能差别很大。芜湖单颗粒冷冻电镜技术特点冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发。
单颗粒冷冻电镜技术:生物大分子快速冷冻后,在低温下利用透射电子显微镜对结构均一、分散的全同样品颗粒进行成像,再经图像处理及重构计算获得样品的三维结构。可研究生物大分子在溶液中的结构及构象变化、无需结晶、所需样品量相对较少,适合于蛋白质、病毒等生物大分子及其复合物的结构生物学研究。样品制备:可以根据样品、电镜载网和其他使用条件,摸索合适的单颗粒样品制备条件,纯化、收集浓度范围从几微升50nM至5uM浓度的蛋白溶液来制备单颗粒电镜样品。在-196℃时,组织中的生物大分子能够长期保持稳定性、细胞活性及组织微观结构,同时,在低温下,生物样品耐受电子辐照剂量增强,且其在电镜镜筒的高真空环境中脱水变形的问题也得以解决。Vitrobot和EMGP2均能够提供快速、简单、可重复的安自动化样品玻璃化制备过程,其在恒定的物理和机械条件下(如温度、相对湿度、吸湿条件和冷冻速度)对样品进行冷冻固定确保生物样品在低温状态下仍保持天然构象。
冷冻电镜技术测定结构的几种方法:X射线晶体学、NMR、和冷冻电镜技术各有优缺点,将这几种方法结合共同研究结构与功能将使结构生物学家对所研究的分子有更为全部的理解,而这些信息是单用任何一个方法所无法获得的。将X射线晶体模型与经电镜获得的密度图重合可以对电镜三维重构的结构作更详尽的解释,例如将牛的水通道(AQP1,与人的有90%同源性)的高分辨率的晶体结构与先前用冷冻电镜技术重构出来的人的中等分辨率水通道的三维结构进行比较,可以进一步确定冷冻电镜获得的中等分辨率的结构,同时也显示出了冷冻电镜技术的优势和局限性。另一方面,较低分辨率的电镜三维重构模型可以用来解释病毒或大分子的晶体结构。而且,将X射线晶体的精细结构与冷冻电镜的重构模型结合构建生物大分子复合物在发挥功生物学功能过程中出现的构像变化模型。这很大程度增加了我们对于复杂分子的活动机制的理解。电子显微技术,成像技术,计算机技术,生物信息技术等不同学科的结合,将为我们提供研究生命现象与本质的强有力的手段。冷冻电镜“分辨率改变”使其成为获得优于3Å结构的常规技术。
冷冻电镜技术在结构生物学中的应用:冷冻电镜技术主要应用在单个蛋白质分子结构的分析方面。此外,冷冻电子显微镜技术还将普遍应用于细胞组织的超微结构解析,对解开生命活动的规律和机制等奥秘会产生更大影响。有人创造了利用冷冻电镜单颗粒分析技术解析至近原子分辨率的分子量较小的生物大分子的记录。施一公研究组解析了γ-secretase蛋白质和RyR-1蛋白质。研究组解析了Mammalianrespirasome蛋白质。随着越来越多蛋白质神秘面纱的揭开,我们可以更好地解释各种各样的生命活动发生的原因和机理。利用冷冻电镜技术观察到的蛋白质结构,我们可以定向改造或构建新的蛋白质用于科研或医疗领域。冷冻电镜技术的独特优势:更接近天然状态,不需要蛋白质结晶。芜湖单颗粒冷冻电镜技术特点
冷冻电镜技术中单颗粒分析法优点:解析生物大分子的理论分辨率可达原子级。莆田冷冻透射电子显微镜技术应用
单颗粒冷冻电镜技术的图像处理技术:经过多年的发展,目前冷冻电镜的数据处理部分主要包含了以下的流程:(1)衬度传递函数的修正(CTFcorrection);(2)样品分子投影数据的筛选(particleselection);(3)二维投影数据的分类和降噪(2Danalysis);(4)三维模型的重构和优化(3Dreconstructionandrefinement);(5)多重构象的结构分析(heterogeneityanalysis);(6)对重建结构分辨率的分析(structureresolutionassessment);(7)结合生物化学原理和实验数据对三维结构的解读(modelinterpretationandvalidation)。莆田冷冻透射电子显微镜技术应用
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