南京冷冻电镜技术应用

低温冷冻透射电镜技术的特点：相对于常温透射电镜，低温透射电镜的优势有：①快速冷冻制样技术将样品固定在玻璃态的冰层中，避免了水或溶剂结晶对样品结构的破坏，能够保持液相中有机分子自组装体和化学反应中间体的微观结构，避免了样品干燥引起的结构变化;②高分子及化学反应体系常常具有非平衡态结构，快速冷冻制样技术能够保持住非平衡态结构，进而得以观察;③低温条件能够尽可能保持有机和高分子等软物质材料的微观结构，明显减少电子束对样品的损伤。冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发。南京冷冻电镜技术应用

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。南京冷冻电镜技术应用冷冻电镜技术之冷冻透射电镜优点：加速电压高，电子能穿透厚样品。

冷冻电子显微技术学解析生物大分子及细胞结构的中心是透射电子显微镜成像,包括样品制备、图像采集、图像处理及三维重构等几个基本步骤。三维重构：数据处理的较终目的是为了获得生物样品的三维质量密度图，由二维图像推知三维结构的方法即三维重构。其理论原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一个函数沿某方向投影函数的傅里叶变换等于此函数的傅里叶变换通过原点且垂直于此投影方向的截面函数。由于样品性质的不同，图像分析的方法也有差异。

冷冻电镜技术解析结构主要风险在：A.样品很不稳定，样品寄送过来的时候，已经降解或者聚集，无法进行后续处理；B.样品在冷冻制样的过程中，可能会被冻碎，从而无法进行后续处理；C.样品纯度可能很好，但是均一度很差，从而难以获得样品的高分辨结构；D.我们关心的区域可能在整个复合体中有很强的柔性，从而经过二维或者三维平均后，我们关心区域的分辨率会比较差甚至看不见，达不到我们的预期；E.一些配体，比如药物前体分子，分子量太小，不一定能在电镜的密度图中观测到；F.对于合适的样品，我们冷冻制样需要优化的参数有很多，包括样品浓度的优化，blottime的优化，温度的优化，grid规格（铜网或者金网）的优化等一系列条件的优化。因此冷冻电镜制样需要丰富的经验和充足的机时支持，不同的实验者，成功率可能差别很大。虽然冷冻电镜技术属于前沿技术，但目前已经有利用冷冻电镜基于结构研发的药物进入临床试验。

冷冻电镜技术中的单颗粒分析法（Singleparticleanalysis,SPA）：单颗粒技术获得投影的具体方法：制备很多具有同样结构的大分子样品，将其进行分散冷冻后进行随机的投影拍照，再通过计算模拟测定角度，对具有相同角度的粒子进行组合，突出其中更特殊、更容易解释的特征。单颗粒冷冻电镜是针对单个粒子进行重构的技术，但我们的研究对象往往是多构象或结构异质的蛋白，颗粒之间存在细微差别，这是一些蛋白质无法获得高分辨结构的重要原因之一。对于结构异质性样品的分析，我们需要首先将样品分成几个同质的子集，然后分别进行三维重建。由于单颗粒分析法理论成像分辨率更高，尤其在分析具有同质性结构的样品时表现出更方便、更优异的成像能力，因此得到了更普遍的应用。单颗粒分析法的研究对象可以是具有某种对称性的颗粒，也可是不具有任何对称性的蛋白分子或复合体，尤其是针对核糖体的表征。冷冻电镜技术之冷冻透射电镜通过对样品的冷冻，降低电子束对样品的损伤，从而得到更加真实的样品形貌。南京冷冻电镜技术应用

冷冻电镜技术的独特优势：它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了结构生物学研究的基础。南京冷冻电镜技术应用

冷冻电镜技术的原理：透射电镜成像过程中，电子束穿透样品，将样品的三维电势密度分布函数沿着电子束的传播方向投影至与传播方向垂直的二维平面上。1968年，AronKlug发现ZX截面定理，提出可以通过三维物体不同角度的二维投影在计算机内进行三维重构来解析获得物体的三维结构。根据这一原理，利用透射电镜获得生物样品多个角度的放大电子显微图像，即有可能在计算机里重构出它的三维空间结构。在冷冻电子显微学结构解析的具体实践中，依据不同生物样品的性质及特点，可以采取不同的显微镜成像及三维重构方法。目前主要使用的几种冷冻电子显微学结构解析方法包括：电子晶体学、单颗粒重构技术、电子断层扫描重构技术等，它们分别针对不同的生物大分子复合体及亚细胞结构进行解析。南京冷冻电镜技术应用

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