冷凍電鏡技術(shù)是在20世紀(jì)70年代提出的,早在20世紀(jì)70年代科學(xué)家們就利用冷凍電鏡研究病毒分子的結(jié)構(gòu),頭次提出了冷凍電鏡技術(shù)的原理、方法以及流程的概念。冷凍電鏡的發(fā)展:冷凍電鏡到底是什么?從上世紀(jì)70年代興起至今,冷凍電子顯微技術(shù)(cryo-EM)已經(jīng)跨越了40多年的發(fā)展歷史,經(jīng)歷了冷凍制樣、單顆粒圖像分析和三維重構(gòu)算法等關(guān)鍵性技術(shù)的突破。通俗而言,冷凍電鏡就是在傳統(tǒng)透射電子顯微鏡之上,加上了低溫傳輸系統(tǒng)和冷凍防污染系統(tǒng)。冷凍電鏡技術(shù),是用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣及傳輸技術(shù)。廈門Cryo-TEM技術(shù)哪家好
冷凍電鏡技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu):(1)圖像記錄系統(tǒng):收集來自樣品的電子信號(hào),在熒光屏上形成圖像。(2)電子槍:產(chǎn)生電子束的部分,聚光鏡系統(tǒng)負(fù)責(zé)將電子束聚焦到樣本樣品上。(3)圖像生成系統(tǒng):由物鏡,中間和投影儀鏡頭以及可移動(dòng)平臺(tái)組成。冷凍電鏡已經(jīng)能解析出生物大分子的原子級(jí)分辨率(0.2-0.3nm)結(jié)構(gòu),但是這一結(jié)果離物理極限還有較大距離。長久以來,冷凍電鏡在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域取得了巨大成功,目前,多構(gòu)象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動(dòng)力學(xué)分析依然是充滿挑戰(zhàn)的研究方向,新型的算法發(fā)展也將主要圍繞這些問題展開。而作為一種低信號(hào)源激發(fā)測(cè)試技術(shù),冷凍電鏡技術(shù)在一些對(duì)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(diǎn)等精細(xì)結(jié)構(gòu)的物理表征與機(jī)理研究中也具有巨大的應(yīng)用潛力。他山之石,可以攻玉。隨著硬件設(shè)備與模擬算法的改進(jìn),這項(xiàng)帶著結(jié)構(gòu)生物化學(xué)研究邁入新紀(jì)元的技術(shù),未來必定擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。黃石Cryo-TEM技術(shù)原理冷凍電鏡技術(shù),是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)。
冷凍電鏡技術(shù)工作流程:首先是樣品制備。高純度、高濃度的蛋白樣品溶液被滴在一個(gè)特制的樣品載網(wǎng)上面。載網(wǎng)由一張布滿小孔的超薄非晶碳薄膜和金屬支撐框架組成,在表面張力的作用下,微孔上會(huì)形成一層跨孔的薄水膜。將多余溶液吸走后,把載有蛋白溶液超薄膜的載網(wǎng)迅速投入到液態(tài)乙烷冷凍劑中使其快速冷凍,從而使蛋白質(zhì)分散固定在玻璃態(tài)的冰膜中。然后電鏡圖像采集。選擇較有可能產(chǎn)生較佳圖像的較佳顆粒密度和玻璃態(tài)冰厚度的樣品。
冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細(xì)節(jié):冷凍電鏡可以通過揭示細(xì)胞里發(fā)生的生命過程細(xì)節(jié),幫助人們了解很多有意思的生物學(xué)現(xiàn)象。比如,我們吃辣椒會(huì)覺得辣,是因?yàn)槔苯防镉幸环N叫做辣椒素的小分子。辣椒素與位于舌頭神經(jīng)末梢的膜蛋白TPRV1結(jié)合,打開膜蛋白上的一個(gè)通道,讓細(xì)胞膜外面的離子向細(xì)胞膜內(nèi)部流動(dòng),這樣微小的流動(dòng)產(chǎn)生的電流通過神經(jīng)纖維較終傳遞到我們的大腦,讓我們感受到辣的感覺。2013年,科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù),以近原子分辨率解析了膜蛋白TRPV1的通道結(jié)構(gòu),以及它與辣椒素相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。人們由此了解到,實(shí)際上是由于辣椒素結(jié)合到4個(gè)亞基所組成的通道膜蛋白上把孔道撐開,才使得離子可以穿透。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍透射電鏡優(yōu)點(diǎn):透鏡多,光學(xué)性能好。
冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法(Singleparticleanalysis,SPA):?jiǎn)晤w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(jìn)行分散冷凍后進(jìn)行隨機(jī)的投影拍照,再通過計(jì)算模擬測(cè)定角度,對(duì)具有相同角度的粒子進(jìn)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(duì)單個(gè)粒子進(jìn)行重構(gòu)的技術(shù),但我們的研究對(duì)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(xì)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(duì)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(gè)同質(zhì)的子集,然后分別進(jìn)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(shí)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(duì)象可以是具有某種對(duì)稱性的顆粒,也可是不具有任何對(duì)稱性的蛋白分子或復(fù)合體,尤其是針對(duì)核糖體的表征。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點(diǎn):可研究細(xì)胞內(nèi)的膜性結(jié)構(gòu)及內(nèi)含物結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理
冷凍電鏡技術(shù),是一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法。廈門Cryo-TEM技術(shù)哪家好
冷凍電鏡技術(shù)中的電子斷層掃描技術(shù)與單顆粒分析法的比較:?jiǎn)晤w粒分析法:它的優(yōu)點(diǎn):解析生物大分子的理論分辨率可達(dá)原子級(jí);樣品受總輻射值??;對(duì)稱顆粒的解析分辨率更高;分子量越大,結(jié)果越好;電子斷層掃描技術(shù):優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單直接;對(duì)樣品的要求較低;常用于對(duì)細(xì)胞或者生物組織結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu);但是,對(duì)同一樣品位置多次拍照時(shí),電子束對(duì)樣品的輻照損傷就會(huì)成為了比較嚴(yán)重的問題;當(dāng)樣品旋轉(zhuǎn)角度受到電子束透過樣品厚度能力的限制。廈門Cryo-TEM技術(shù)哪家好
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