冷凍電鏡技術(shù)的應(yīng)用場景:冷凍電鏡主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)生物學和材料科學當中,,如在2020戴口罩戴口罩中研究人員通過冷凍電鏡技術(shù)在解析病毒結(jié)構(gòu),、推測其侵染人體細胞的路徑等傳播原理發(fā)揮了重要作用,,研究人員將戴口罩的結(jié)構(gòu)與其他幾種冠狀病毒進行了比較,,發(fā)現(xiàn)2019-nCoV的S蛋白整體結(jié)構(gòu)與SARS病毒S蛋白的整體結(jié)構(gòu)相似,各個結(jié)構(gòu)之間具有高度同源性,。在材料科學的應(yīng)用中,,冷凍電鏡技術(shù)在一些對電子束、熱敏感材料,,如鈣鈦礦材料,、某些高分子材料、水凝膠,、量子點等精細結(jié)構(gòu)的物理表征與機理研究中也具有巨大的應(yīng)用潛力,。冷凍電鏡技術(shù)的獨特優(yōu)勢:適合于研究結(jié)構(gòu)不規(guī)則的大分子復(fù)合物,,對于分子量的上限沒有限制,。汕頭透射電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心
冷凍電鏡技術(shù)解析結(jié)構(gòu)的一般流程是怎樣的?對樣品的要求是什么,?冷凍電鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)一般流程為:蛋白表達純化,;負染樣品準備:約2小時完成;負染樣品的數(shù)據(jù)收集:約8小時完成,;冷凍樣品的準備:約4小時完成,;冷凍樣品的數(shù)據(jù)收集:48-120小時完成。三維結(jié)構(gòu)重建,。冷凍電鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)的要求:分子量:一般需要樣品的分子量在200kD以上,。緩沖液:緩沖液中不能含有多糖,DMSO,,甘油等有機物質(zhì),,這些會降低樣品的襯度,,難以獲得高分辨的三維結(jié)構(gòu)。一般而言,,緩沖液為20mMHepes,,150mMNaCl。濃度:一般而言,,可溶性蛋白濃度應(yīng)在1mg/ml左右,,膜蛋白應(yīng)保證濃度在5mg/ml左右。體積:20ul足夠(前提是需要蛋白濃度達標,,做一個樣品3ul左右),。均一性:分子篩行為表現(xiàn)為單一的峰,均一性大于90%,。珠海低溫冷凍透射電鏡技術(shù)服務(wù)公司冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法的研究對象可以是具有某種對稱性的顆粒,,也可不具有任何對稱性的蛋白分子。
冷凍電子顯微鏡技術(shù):目前使用的幾種主要的結(jié)構(gòu)解析方法包括:電子晶體學單顆粒重構(gòu)技術(shù)和電子斷層掃描重構(gòu)技術(shù)等,。電子晶體學:電子晶體學技術(shù)利用電子顯微鏡的成像和電子衍射的功能,,從生物大分子的二維晶體獲取結(jié)構(gòu)信息,解析其三維結(jié)構(gòu),。生物大分子在空間中有序排列,,可以形成三維晶體,也可以形成二維晶體對于二維晶體來說,,其只在X-Y平面內(nèi)具有平移對稱性,,電子波照射到二維晶體上時能夠發(fā)生衍射。根據(jù)電子顯微鏡記錄的二維圖像來確定相位,,利用二維晶體的衍射圖譜來確定振幅,,從而通過反傅里葉變換計算出大分子的密度投影,之后再利用三維重構(gòu)技術(shù)獲得大分子的三維結(jié)構(gòu)圖,,從而解析出生物大分子的三維結(jié)構(gòu),。該方法的特點是解析分辨率較高,可達到近原子分辨率,。但獲得蛋白的二維晶體來作為樣品,,仍然是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。
冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法(Singleparticleanalysis,SPA):單顆粒技術(shù)獲得投影的具體方法:制備很多具有同樣結(jié)構(gòu)的大分子樣品,,將其進行分散冷凍后進行隨機的投影拍照,,再通過計算模擬測定角度,對具有相同角度的粒子進行組合,,突出其中更特殊,、更容易解釋的特征。單顆粒冷凍電鏡是針對單個粒子進行重構(gòu)的技術(shù),但我們的研究對象往往是多構(gòu)象或結(jié)構(gòu)異質(zhì)的蛋白,,顆粒之間存在細微差別,,這是一些蛋白質(zhì)無法獲得高分辨結(jié)構(gòu)的重要原因之一。對于結(jié)構(gòu)異質(zhì)性樣品的分析,,我們需要首先將樣品分成幾個同質(zhì)的子集,,然后分別進行三維重建。由于單顆粒分析法理論成像分辨率更高,,尤其在分析具有同質(zhì)性結(jié)構(gòu)的樣品時表現(xiàn)出更方便,、更優(yōu)異的成像能力,因此得到了更普遍的應(yīng)用,。單顆粒分析法的研究對象可以是具有某種對稱性的顆粒,,也可是不具有任何對稱性的蛋白分子或復(fù)合體,尤其是針對核糖體的表征,。冷凍電鏡技術(shù)將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像,,還具有分辨率高等優(yōu)勢。
冷凍電鏡技術(shù)具有分辨率高,、更接近天然狀態(tài),、適用研究對象普遍等特點,越來越多的科學家開始把冷凍電鏡技術(shù)作為研究的一個新方向,。冷凍電鏡技術(shù)與X射線技術(shù)和核磁共振技術(shù)互相補充,,讓絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)都可以被解析。眾多領(lǐng)域的研究者們將在未來冷凍電鏡新的技術(shù)方法的開發(fā)中發(fā)揮重要的作用,,成為該技術(shù)的進一步完善與成熟的重要力量,。冷凍電鏡領(lǐng)域研究者們則需要以主動開放的態(tài)度吸引其他領(lǐng)域研究者的合作,并積極迎接來自更多領(lǐng)域研究者的挑戰(zhàn),,保持并發(fā)展自己的技術(shù)特長,,站在技術(shù)發(fā)展的制高點上選準研究方向,始終在冷凍電鏡的技術(shù)前沿上開疆拓土,。冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法:是針對單個粒子進行重構(gòu)的技術(shù),。韶關(guān)冷凍透射電鏡技術(shù)特點
主要使用的幾種冷凍電子顯微學技術(shù)結(jié)構(gòu)解析方法包括:電子晶體學、單顆粒重構(gòu)技術(shù),、電子斷層掃描等,。汕頭透射電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心
冷凍電鏡技術(shù)究竟是什么呢?一直以來,,科學家們不斷進行基礎(chǔ)生命科學的探究,探究細胞內(nèi)的生命規(guī)律,,為人類健康及其他學科提供借鑒,。而分子是生命體中行使功能的較小單元,生命科學研究也逐步發(fā)展到了微觀生物分子的結(jié)構(gòu)與功能研究階段,以期逐步加深對生命過程的認知,。充分的基礎(chǔ)研究不只能幫助我們深刻認識生命過程,,并且能夠幫助改善人類健康和提高人類生活質(zhì)量??茖W家們能夠通過生命科學研究幫助確定新的藥物靶點,,并進行基于靶點的藥物篩選,提高藥物研究的成功率,、安全性和有效性,。并且隨著生物制品尤其抗體大分子藥物的發(fā)展,冷凍電鏡技術(shù)越來越多地應(yīng)用于活性生物分子結(jié)構(gòu)的解析中,。汕頭透射電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心
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