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。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,通过图像处理算法解析其三维结构。合肥原位冷冻电镜技术服务中心

冷冻电镜技术工作流程:首先是样品制备。高纯度、高浓度的蛋白样品溶液被滴在一个特制的样品载网上面。载网由一张布满小孔的超薄非晶碳薄膜和金属支撑框架组成,在表面张力的作用下,微孔上会形成一层跨孔的薄水膜。将多余溶液吸走后,把载有蛋白溶液超薄膜的载网迅速投入到液态乙烷冷冻剂中使其快速冷冻,从而使蛋白质分散固定在玻璃态的冰膜中。然后电镜图像采集。选择较有可能产生较佳图像的较佳颗粒密度和玻璃态冰厚度的样品。黄石Cryo-TEM技术服务公司冷冻电镜“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。
冷冻电镜技术总结: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,由于样品厚度的限制,能看到500-1000nm左右厚度的结构,的也可以了解整个细胞不同层面的内部结构.尽管,我们能够预言按目前电子冷冻断层成像技术的发展会得到许多更诱人的信息。细胞内存在大量分子机器和生物大分子复合物,并且与单个超分子相比要大,更容易对其进行识别。这样的事实使断层技术的目标变得简单了。在不久的将来关于细胞骨架,核孔复合体和核纤层,囊泡聚集和运输复合物以及其他一些细胞成分的一些基本问题会得到更清晰的阐释。这两种方法都不需要对样品进行结晶,快速含水冰冻的制样过程既不复杂,又保存了样品的瞬时天然结构,有利于对复合物的功能进行研究,图像自动化筛选过程将是今后提高分辨率的关键环节。而电子晶体学则对具有对称结构的样品进行三维重构具有很大的优势,比如二十面体病毒,螺旋对称结构等,尤其适合膜蛋白的三维结构,并且是电子显微术中目前只一能达到原子分辨率水平的方法。冷冻电镜技术中的单颗粒分析法的研究对象可以是具有某种对称性的颗粒,也可不具有任何对称性的蛋白分子。

冷冻电镜技术解析结构的一般流程是怎样的?对样品的要求是什么?冷冻电镜解析蛋白结构一般流程为:蛋白表达纯化;负染样品准备:约2小时完成;负染样品的数据收集:约8小时完成;冷冻样品的准备:约4小时完成;冷冻样品的数据收集:48-120小时完成。三维结构重建。冷冻电镜解析蛋白结构对蛋白质的要求:分子量:一般需要样品的分子量在200kD以上。缓冲液:缓冲液中不能含有多糖,DMSO,甘油等有机物质,这些会降低样品的衬度,难以获得高分辨的三维结构。一般而言,缓冲液为20mMHepes,150mMNaCl。浓度:一般而言,可溶性蛋白浓度应在1mg/ml左右,膜蛋白应保证浓度在5mg/ml左右。体积:20ul足够(前提是需要蛋白浓度达标,做一个样品3ul左右)。均一性:分子筛行为表现为单一的峰,均一性大于90%。冷冻电镜技术用于生物样品三维结构解析,包含单颗粒分析、微晶电子衍射和冷冻电子断层扫描3种技术。苏州低温透射电镜技术服务公司
冷冻电镜技术将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像,还具有分辨率高等优势。合肥原位冷冻电镜技术服务中心
为什么要做冷冻透射电子显微镜技术服务?a.反应样品溶液里结构:如有机分子组装成的微球、囊泡、胶束、纳米管、片层、水凝胶结构等(往往一般透射拍摄到的都是溶液挥发干了之后的结构,但是这样的结构无论是形貌和尺寸和溶液里都有一定差别,现在好多文章的审稿意见都会需要这类结构的透射照片在溶液里的真实形貌,说简单了就是让补一个冷冻透射);b.不稳定的纳米结构:比如经不起强电子束照射的样品(MOF、COF等若相互作用力结合的材料,如金属配位、氢键相互作用、亲疏水作用力、ππ堆叠等)在强电子束照射下结构会坍塌,冷冻电镜全程在-160℃下可以做到对样品损害较小;c.生物类分子好多都需要冷冻,因为生物分子本身都需要在水或者血液等存活,一些生物样品构筑的一些纳米结构,如纳米微球、囊泡、膜、多孔材料等等。合肥原位冷冻电镜技术服务中心
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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(modelinte...