南通快速冷凍顯微鏡技術(shù)應(yīng)用

冷凍電鏡技術(shù)也正在成為助力醫(yī)藥研發(fā)的有力手段。依托對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解，科學(xué)家正在開發(fā)更有效的治Ca藥、打菌素、止痛藥、麻醉劑等。中國過去10多年里，建成了世界上較大的冷凍電鏡設(shè)施。中國的科學(xué)家，也在冷凍電鏡領(lǐng)域取得了很多舉世矚目的成就，引起了世界的普遍關(guān)注。比如清華大學(xué)的施一公團(tuán)隊，對老年癡呆癥相關(guān)的重要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析，對于我們理解它的發(fā)病機(jī)理甚至開發(fā)重要治療方法有重要意義。他們對剪接體復(fù)合體一系列結(jié)構(gòu)的研究幫助我們理解細(xì)胞的演化、細(xì)胞的基因調(diào)控和其他一些相關(guān)疾病有著重要意義。2019年，中國科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù)解析到世界上目前分辨率較高的豬瘟病毒結(jié)構(gòu)，這對我們了解該病毒的發(fā)病機(jī)理，以及如何更好開發(fā)疫苗具有重要意義。冷凍電鏡技術(shù)能夠提供生理環(huán)境下大分子復(fù)合物納米、亞納米甚至近原子尺度的原位結(jié)構(gòu)信息。南通快速冷凍顯微鏡技術(shù)應(yīng)用

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：單顆粒分析法：它的優(yōu)點：解析生物大分子的理論分辨率可達(dá)原子級；樣品受總輻射值小；對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：簡單直接；對樣品的要求較低；常用于對細(xì)胞或者生物組織結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)；但是，對同一樣品位置多次拍照時，電子束對樣品的輻照損傷就會成為了比較嚴(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。韶關(guān)低溫冷凍透射電鏡技術(shù)冷凍電鏡技術(shù)中單顆粒分析法優(yōu)點：樣品受總輻射值??；對稱顆粒的解析分辨率更高。

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(dá)純化；負(fù)染樣品準(zhǔn)備：約2小時完成；負(fù)染樣品的數(shù)據(jù)收集：約8小時完成；冷凍樣品的準(zhǔn)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(jī)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(dá)標(biāo)，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%。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之圖像采集：冷凍的樣品通過專門的設(shè)備一冷凍輸送器轉(zhuǎn)移到電鏡的樣品室。在照相之前，必須觀察樣品中的水是否處于玻璃態(tài)，如果不是則應(yīng)重新制備樣品。由于生物樣品對高能電子的輻射敏感，照相時必須使用較小曝光技術(shù)。經(jīng)過透射電子顯微鏡中一系列復(fù)雜的過程，較終在記錄介質(zhì)上會形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像。利用計算機(jī)對這些放大的圖像進(jìn)行處理分析即可獲得樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。近年來，一個技術(shù)上的重大突破是高分辨率圖像采集設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用。基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)開發(fā)的直接探測電子成像的裝置使電子顯微放大圖像的信噪比相對過去所使用的底片或電荷耦合元件(CCD)有了很大提高、進(jìn)而提高了成像的質(zhì)量。冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟樣品制備注意：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。

冷凍電鏡技術(shù)總結(jié)：電子斷層成像技術(shù)則可用來研究一定厚度的亞細(xì)胞器在天然狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于樣品厚度的限制，能看到500-1000nm左右厚度的結(jié)構(gòu)，的也可以了解整個細(xì)胞不同層面的內(nèi)部結(jié)構(gòu).盡管，我們能夠預(yù)言按目前電子冷凍斷層成像技術(shù)的發(fā)展會得到許多更誘人的信息。細(xì)胞內(nèi)存在大量分子機(jī)器和生物大分子復(fù)合物，并且與單個超分子相比要大，更容易對其進(jìn)行識別。這樣的事實使斷層技術(shù)的目標(biāo)變得簡單了。在不久的將來關(guān)于細(xì)胞骨架，核孔復(fù)合體和核纖層，囊泡聚集和運輸復(fù)合物以及其他一些細(xì)胞成分的一些基本問題會得到更清晰的闡釋。這兩種方法都不需要對樣品進(jìn)行結(jié)晶，快速含水冰凍的制樣過程既不復(fù)雜，又保存了樣品的瞬時天然結(jié)構(gòu)，有利于對復(fù)合物的功能進(jìn)行研究，圖像自動化篩選過程將是今后提高分辨率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而電子晶體學(xué)則對具有對稱結(jié)構(gòu)的樣品進(jìn)行三維重構(gòu)具有很大的優(yōu)勢，比如二十面體病毒，螺旋對稱結(jié)構(gòu)等，尤其適合膜蛋白的三維結(jié)構(gòu)，并且是電子顯微術(shù)中目前只一能達(dá)到原子分辨率水平的方法。冷凍電子顯微鏡技術(shù)還將普遍應(yīng)用于細(xì)胞組織的超微結(jié)構(gòu)解析，對解開生命活動的規(guī)律和機(jī)制等產(chǎn)生更大影響。南通快速冷凍顯微鏡技術(shù)應(yīng)用

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。南通快速冷凍顯微鏡技術(shù)應(yīng)用

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，我們吃辣椒會覺得辣，是因為辣椒里有一種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通道，讓細(xì)胞膜外面的離子向細(xì)胞膜內(nèi)部流動，這樣微小的流動產(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，實際上是由于辣椒素結(jié)合到4個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。南通快速冷凍顯微鏡技術(shù)應(yīng)用

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