冷凍電鏡技術(shù)基本原理之三維冷凍電鏡技術(shù)：樣品經(jīng)過在液氮中的冷凍固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃態(tài)的形式存在，保持低溫，將樣品放入顯微鏡，高度相干的電子作為光源從上面照射下來，透過樣品和附近的冰層，受到散射，利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號成像記錄下來，再進(jìn)行信號處理，較后利用三維重構(gòu)的技術(shù)得到樣品的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢分辨率高：光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，透射電子顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上放大了1000倍。冷凍電鏡技術(shù)能夠從分子層面進(jìn)行詳細(xì)的研究，解析基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)的分子基礎(chǔ)。黃山冷凍電鏡技術(shù)

冷凍電子顯微鏡技術(shù)具有研究對象普遍、樣品需求量少、更接近生理狀態(tài)等獨(dú)特優(yōu)勢，隨著電子顯微鏡的硬件設(shè)備和結(jié)構(gòu)解析的軟件算法等方面不斷取得的重要突破，冷凍電鏡技術(shù)必將在研究對象、分辨率水平和研究方法等各個(gè)方面取得重大進(jìn)展。當(dāng)然，冷凍電鏡技術(shù)也面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，怎樣改進(jìn)樣品的制備技術(shù)，如何如何客觀地對三維重構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)、明確結(jié)構(gòu)解析的分辨率以及對生物大分子構(gòu)象不均一性的分析等仍然是冷凍電鏡研究中有待解決的重要問題。但是，挑戰(zhàn)越多，機(jī)遇也就越多。相信有關(guān)的研究者們，一定能夠冷靜抓住機(jī)遇，勇敢迎接挑戰(zhàn)，讓冷凍電鏡技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，幫助我們更加深入、透徹地研究各種生命現(xiàn)象。黃山冷凍電鏡技術(shù)冷凍電鏡技術(shù)之冷凍掃描電鏡是防止樣品丟失水分的特別有效方法，它能應(yīng)用于任何真空狀態(tài)。

冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細(xì)節(jié)：在透射電子顯微鏡下，高能電子束穿透每一個(gè)分子，如同X光穿過人的身體一樣，可以拍攝到分子的形貌和它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。科學(xué)家們利用計(jì)算機(jī)將樣本里的每一個(gè)分子提取出來，把相似的分子予以歸類，然后疊加、平均獲得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為精細(xì)的圖像，由此得到分子不同方向的二維結(jié)構(gòu)，較后經(jīng)過計(jì)算機(jī)三維重構(gòu)算法，可以得到分子的三維模型。這一過程被稱為冷凍電鏡三維重構(gòu)解析。冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對細(xì)胞內(nèi)的生命活動有更多了解。未來，科學(xué)家將借助冷凍電鏡技術(shù)繼續(xù)對復(fù)雜生命體的解讀。

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的圖像處理技術(shù)：經(jīng)過多年的發(fā)展，目前冷凍電鏡的數(shù)據(jù)處理部分主要包含了以下的流程：(1)襯度傳遞函數(shù)的修正(CTFcorrection)；(2)樣品分子投影數(shù)據(jù)的篩選(particleselection)；(3)二維投影數(shù)據(jù)的分類和降噪(2Danalysis)；(4)三維模型的重構(gòu)和優(yōu)化(3Dreconstructionandrefinement)；(5)多重構(gòu)象的結(jié)構(gòu)分析(heterogeneityanalysis)；(6)對重建結(jié)構(gòu)分辨率的分析(structureresolutionassessment)；(7)結(jié)合生物化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對三維結(jié)構(gòu)的解讀(modelinterpretationandvalidation)。冷凍電鏡技術(shù)的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜。

冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢：1、更接近天然狀態(tài)：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)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。2、適用研究對象普遍：冷凍電鏡單粒子法既可以對具有對稱結(jié)構(gòu)的大分子進(jìn)行研究，也適合于研究結(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，理論上>100kD的分子在成像技術(shù)能夠保證的情況下可以形成足夠的對比以進(jìn)行圖像校正。冷凍電鏡技術(shù)作為一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法，它與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。冷凍電鏡技術(shù)采用的快速冷凍技術(shù)關(guān)鍵在于“快速”。黃山冷凍電鏡技術(shù)

冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法：是針對單個(gè)粒子進(jìn)行重構(gòu)的技術(shù)。黃山冷凍電鏡技術(shù)

冷凍電鏡技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的應(yīng)用：冷凍電鏡技術(shù)主要應(yīng)用在單個(gè)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的分析方面。此外，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)制等奧秘會產(chǎn)生更大影響。有人創(chuàng)造了利用冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)解析至近原子分辨率的分子量較小的生物大分子的記錄。施一公研究組解析了γ-secretase蛋白質(zhì)和RyR-1蛋白質(zhì)。研究組解析了Mammalianrespirasome蛋白質(zhì)。隨著越來越多蛋白質(zhì)神秘面紗的揭開，我們可以更好地解釋各種各樣的生命活動發(fā)生的原因和機(jī)理。利用冷凍電鏡技術(shù)觀察到的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，我們可以定向改造或構(gòu)建新的蛋白質(zhì)用于科研或醫(yī)療領(lǐng)域。黃山冷凍電鏡技術(shù)

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