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?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)之冷凍掃描電鏡是克服樣品含水問題的一個(gè)快速、可靠和有效的方法。低溫透射電鏡技術(shù)用途

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類：二維顆粒圖像的分類是獲取三維結(jié)構(gòu)過程的第一步。對二維圖像的分析包括兩部分：顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類。匹配的過程通常會對顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過關(guān)聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種，即不依賴模型的方法和基于模型的方法，取決于是否存在利用樣本先驗(yàn)信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進(jìn)行分類。主要利用多元統(tǒng)計(jì)分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二維顆粒分類技術(shù)還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類，將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping，SOM)再進(jìn)行分類和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過圖像匹配消除旋轉(zhuǎn)和平移的誤差，利用類內(nèi)緊致、類間離散的原則進(jìn)行圖像分類，較終可以對類內(nèi)顆粒圖像進(jìn)行平均，提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對高分辨率三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。低溫透射電鏡技術(shù)用途冷凍電鏡技術(shù)也正在成為助力醫(yī)藥研發(fā)的有力手段。

冷凍電子顯微技術(shù)主要包括單顆粒冷凍電鏡技術(shù)和冷凍電子斷層掃描技術(shù)。單顆粒冷凍電鏡技術(shù)首先捕獲大量隨機(jī)分布的同一種生物樣品的二維圖像，然后通過圖像處理算法解析其三維結(jié)構(gòu)。近年來，隨著冷凍電鏡設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，特別是隨著直接電子探測器在冷凍電鏡中的應(yīng)用，單顆粒冷凍電鏡技術(shù)邁進(jìn)了原子分辨率水平，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和新藥研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。冷凍電鏡通過記錄單個(gè)生物樣品在傾斜旋轉(zhuǎn)過程中投影的一系列二維圖像，采用特殊的算法計(jì)算，將二維圖像重構(gòu)為三維斷層圖像。冷凍電鏡主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)，它能夠提供生理環(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)信息以及其與其它大分子的相互作用信息。

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)樣品的篩選和數(shù)據(jù)采集：在開始高分辨數(shù)據(jù)采集前，可以利用冷凍電鏡先對樣品質(zhì)量進(jìn)行評估，包括但不限于蛋白濃度、穩(wěn)定性和分布，冰層厚度、質(zhì)量和載網(wǎng)各處的均一性等的檢查。用戶可以在120kV電鏡或200kV電鏡上進(jìn)行此篩樣過程。待到樣品通過篩選，用戶可以利用300kV或200kV電鏡采集更大的數(shù)據(jù)量來幫助開展2D和3D分析。200kV-TalosArctica透射電鏡配備了直接電子探測相機(jī)FalconIII,在樣品質(zhì)量較高時(shí)，較高可以獲得<3?的數(shù)據(jù)。目前的300kV-TitianKrios透射電鏡有兩套，其中一臺配備了目前行業(yè)前列的K3直接電子探測相機(jī)，另一臺配備有K2相機(jī)和能量過濾器，兩套電鏡均能夠進(jìn)行全自動(dòng)、長時(shí)間無人照看的數(shù)據(jù)收集操作，可實(shí)現(xiàn)樣品的大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，并獲得極高分辨率的結(jié)構(gòu)信息。收集得到數(shù)以萬計(jì)的單顆粒物照片后，用戶可以使用平臺集群已安裝的常用三維重構(gòu)計(jì)算軟件以及相關(guān)生物軟件對數(shù)據(jù)集進(jìn)行計(jì)算處理。冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像。

冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像,包括樣品制備、圖像采集、圖像處理及三維重構(gòu)等幾個(gè)基本步驟。三維重構(gòu)：數(shù)據(jù)處理的較終目的是為了獲得生物樣品的三維質(zhì)量密度圖，由二維圖像推知三維結(jié)構(gòu)的方法即三維重構(gòu)。其理論原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一個(gè)函數(shù)沿某方向投影函數(shù)的傅里葉變換等于此函數(shù)的傅里葉變換通過原點(diǎn)且垂直于此投影方向的截面函數(shù)。由于樣品性質(zhì)的不同，圖像分析的方法也有差異。冷凍電鏡技術(shù)中單顆粒分析法優(yōu)點(diǎn)：解析生物大分子的理論分辨率可達(dá)原子級。低溫透射電鏡技術(shù)用途

冷凍電鏡技術(shù)主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)。低溫透射電鏡技術(shù)用途

什么是冷凍電鏡技術(shù)？冷凍電鏡技術(shù)，全稱是冷凍電子顯微鏡技術(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)，是一種重要的結(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)成了高分辨率結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。冷凍電鏡技術(shù)的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術(shù)。根據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)評委會的說法，冷凍電鏡技術(shù)使生物分子成像，變得更加簡單，把生物化學(xué)帶入了一個(gè)新紀(jì)元。這項(xiàng)技術(shù)可以用來確定，溶液中生物分子的高清晰度結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)其實(shí)比較抽象，一直以來它主要的問題是其圖像噪音極高、信號極低，研究的目標(biāo)是從中提取近原子分辨率的結(jié)構(gòu)信息?？梢孕蜗蟮谋扔鳛樵谝粋€(gè)機(jī)器轟鳴的工廠，監(jiān)測一只螞蟻爬行的聲音。冷凍電鏡的目標(biāo)，就是要完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。因此，可見這項(xiàng)技術(shù)成果的科學(xué)價(jià)值。低溫透射電鏡技術(shù)用途

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