冷冻电子显微技术主要包括单颗粒冷冻电镜技术和冷冻电子断层扫描技术。单颗粒冷冻电镜技术首先捕获大量随机分布的同一种生物样品的二维图像,然后通过图像处理算法解析其三维结构。近年来,随着冷冻电镜设备和计算机软硬件的快速发展,特别是随着直接电子探测器在冷冻电镜中的应用,单颗粒冷冻电镜技术迈进了原子分辨率水平,在生物学、医学和新药研发等领域发挥着越来越重要的作用。冷冻电镜通过记录单个生物样品在倾斜旋转过程中投影的一系列二维图像,采用特殊的算法计算,将二维图像重构为三维断层图像。冷冻电镜主要研究组织、细胞和微生物中的超微结构,它能够提供生理环境下大分子复合物纳米、亚纳米甚至近原子尺度的原位结构信息以及其与其它大分子的相互作用信息。将冷冻样品保持低温放置在透射电子显微镜下观察,从而获得生物大分子的结构,被称为冷冻电镜技术。汕头冷冻透射电子显微镜技术哪家好
冷冻电镜技术未来之路在何方?除了蛋白等生物大分子外,生物样品还有很重要的一面是细胞和组织。即使是目前有很多重要的蛋白结构都得到了埃米级别的解析,但由于它们都是纯化出来的,已经脱离了原来位置,就如同一片树叶脱离了大树,研究的再深刻,目前也只是一叶遮目,不要说推测这片树叶在森林里的位置,即使是在哪颗特定大树上的生长部位和结构都很难说。因此解析细胞或组织这样大尺度的高分辨精细结构具有更普遍的生物学意义。黄石低温冷冻透射电镜技术冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜是防止样品丢失水分的特别有效方法,它能应用于任何真空状态。
冷冻电子显微镜技术之样品成像:低剂量辐照成像,普通的样品材料在进行TEM表征时,电子剂量越高,成像质量越好。但生物样品受到的辐照损伤却是和累积的辐照总剂量相关的。更详细一点说,随着辐照剂量的增加,辐照损伤对高分辨细节的破坏更严重。因此,为了尽可能地获得更多的细节,就必须要对样品采用用低剂量辐照成像。在冷冻电镜技术中,常用的低剂量辐照成像法有两种:冷冻电子断层扫描法,单颗粒分析成像法。冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术(cryogeniccomputedtomography):进行断层扫描时,样品被连续不停地旋转,并在每个旋转角度上都进行一次成像。每一幅电子显微像是物体在不同投影方向的二维投影像,经傅立叶变换会得到一系列不同取向的截面,当截面足够多时,会得到傅立叶空间的三维信息,再经傅立叶反变换便能得到物体的三维结构。
冷冻电镜技术近年来获得了迅猛的发展,取得了许多具有重大意义的成果。冷冻电镜将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像,还具有分辨率高、更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。同时,系统地综述了冷冻电镜技术在科学研究中的应用,并展望冷冻电镜技术未来的发展。冷冻电镜(cryo-electronmicroscopy,cryo-EM)技術,是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术,即把样品冷冻并保持低温放进显微镜里面,用高度相干的电子作为光源从上面照射,透过样品和附近的冰层,受到散射,再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来,较后进行信号处理,得到样品的结构。冷冻电镜技术可以通过揭示细胞里发生的生命过程细节,帮助人们了解很多有意思的生物学现象。
冷冻电镜技术基本原理之电镜三维重构理论:D.DeRosier和A.Klug提出三维重构理论是借助一系列沿不同方向投影的电子显微像来重构被测物体的立体构型,利用计算机数字图像处理技术进行电子显微像三维重构测定生物大分子结构的概念和方法。透射电子显微镜成像过程中,电子束穿透样品,将样品的三维电势密度分布函数沿着电子束的传播方向投影至与传播方向垂直的二维平面上。运用中心截面定理,从而可以通过三维物体不同角度的二维投影在计算机内进行三维重构来解析获得物体的三维结构。冷冻电镜技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础。杭州透射电子显微镜技术哪家好
冷冻电镜技术的独特优势: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。汕头冷冻透射电子显微镜技术哪家好
冷冻电镜技术揭示生物分子细节:冷冻电镜可以通过揭示细胞里发生的生命过程细节,帮助人们了解很多有意思的生物学现象。比如,我们吃辣椒会觉得辣,是因为辣椒里有一种叫做辣椒素的小分子。辣椒素与位于舌头神经末梢的膜蛋白TPRV1结合,打开膜蛋白上的一个通道,让细胞膜外面的离子向细胞膜内部流动,这样微小的流动产生的电流通过神经纤维较终传递到我们的大脑,让我们感受到辣的感觉。2013年,科学家利用冷冻电镜技术,以近原子分辨率解析了膜蛋白TRPV1的通道结构,以及它与辣椒素相互结合的结构。人们由此了解到,实际上是由于辣椒素结合到4个亚基所组成的通道膜蛋白上把孔道撑开,才使得离子可以穿透。汕头冷冻透射电子显微镜技术哪家好
冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发:分子生物学兴起后,基于靶点的药物发现逐渐成为主流新药研发模式。通常通过结构生物学方法获得靶点及靶点-受体相互作用的结合位点。将靶点结构和结合位点作为模型进行虚拟筛选,并通过高通量的方法获得可能结合的潜在分子,并进一步通过结构生物学方法直接解析靶点-潜在分子的高分辨率结构,进行潜在分子的确认。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。高分辨率的结构能够清晰地描绘靶点与潜在分子相互作用的信息,包括结合表位、配体手性等,为潜在化合物的结构改造提供了指导。新的疾病或者突发流行病需要进行从头药物设计研究,这些应对性的药物研发需要有大量基础研究的积累。...