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。冷冻电镜技术可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。无锡生物冷冻透射电子显微镜技术应用
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。无锡生物冷冻透射电子显微镜技术应用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。
冷冻电镜技术的独特优势:1、更接近天然状态: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,不需要蛋白质结晶。2、适用研究对象普遍:冷冻电镜单粒子法既可以对具有对称结构的大分子进行研究,也适合于研究结构不规则的大分子复合物,对于分子量的上限没有限制,理论上>100kD的分子在成像技术能够保证的情况下可以形成足够的对比以进行图像校正。冷冻电镜技术作为一种重要的结构生物学研究方法,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。
单颗粒冷冻电镜技术:生物大分子快速冷冻后,在低温下利用透射电子显微镜对结构均一、分散的全同样品颗粒进行成像,再经图像处理及重构计算获得样品的三维结构。可研究生物大分子在溶液中的结构及构象变化、无需结晶、所需样品量相对较少,适合于蛋白质、病毒等生物大分子及其复合物的结构生物学研究。样品制备:可以根据样品、电镜载网和其他使用条件,摸索合适的单颗粒样品制备条件,纯化、收集浓度范围从几微升50nM至5uM浓度的蛋白溶液来制备单颗粒电镜样品。在-196℃时,组织中的生物大分子能够长期保持稳定性、细胞活性及组织微观结构,同时,在低温下,生物样品耐受电子辐照剂量增强,且其在电镜镜筒的高真空环境中脱水变形的问题也得以解决。Vitrobot和EMGP2均能够提供快速、简单、可重复的安自动化样品玻璃化制备过程,其在恒定的物理和机械条件下(如温度、相对湿度、吸湿条件和冷冻速度)对样品进行冷冻固定确保生物样品在低温状态下仍保持天然构象。冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点:冷冻蚀刻的样品,经铂、碳喷镀而制备的复型膜具有很强的立体感。
冷冻电镜技术的仪器结构:(1)图像记录系统:收集来自样品的电子信号,在荧光屏上形成图像。(2)电子枪:产生电子束的部分,聚光镜系统负责将电子束聚焦到样本样品上。(3)图像生成系统:由物镜,中间和投影仪镜头以及可移动平台组成。冷冻电镜已经能解析出生物大分子的原子级分辨率(0.2-0.3nm)结构,但是这一结果离物理极限还有较大距离。长久以来,冷冻电镜在结构生物学领域取得了巨大成功,目前,多构象蛋白的三维分类问题和生物大分子的动力学分析依然是充满挑战的研究方向,新型的算法发展也将主要围绕这些问题展开。而作为一种低信号源激发测试技术,冷冻电镜技术在一些对电子束、热敏感材料,如钙钛矿材料、某些高分子材料、水凝胶、量子点等精细结构的物理表征与机理研究中也具有巨大的应用潜力。他山之石,可以攻玉。随着硬件设备与模拟算法的改进,这项带着结构生物化学研究迈入新纪元的技术,未来必定拥有更加广阔的应用前景。冷冻电镜技术的独特优势:更接近天然状态,不需要蛋白质结晶。无锡生物冷冻透射电子显微镜技术应用
冷冻电镜技术具有更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。无锡生物冷冻透射电子显微镜技术应用
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(modelinterpretationandvalidation)。无锡生物冷冻透射电子显微镜技术应用
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