冷冻电镜技术在结构生物学中的应用:冷冻电镜技术主要应用在单个蛋白质分子结构的分析方面。此外,冷冻电子显微镜技术还将普遍应用于细胞组织的超微结构解析,对解开生命活动的规律和机制等奥秘会产生更大影响。有人创造了利用冷冻电镜单颗粒分析技术解析至近原子分辨率的分子量较小的生物大分子的记录。施一公研究组解析了γ-secretase蛋白质和RyR-1蛋白质。研究组解析了Mammalianrespirasome蛋白质。随着越来越多蛋白质神秘面纱的揭开,我们可以更好地解释各种各样的生命活动发生的原因和机理。利用冷冻电镜技术观察到的蛋白质结构,我们可以定向改造或构建新的蛋白质用于科研或医疗领域。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。韶关冷冻电镜技术服务公司
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。韶关冷冻电镜技术服务公司冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜是克服样品含水问题的一个快速、可靠和有效的方法。
冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜:扫描电镜工作者都面临着一个不能回避的事实,就是所有生命科学以及许多材料科学的样品都含有液体成分。很多动植物组织的含水量达到98%,这是扫描电镜工作者比较难对付的样品问题。冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)技术是克服样品含水问题的一个快速、可靠和有效的方法。这种技术还被普遍地用于观察一些“困难”样品,如那些对电子束敏感的具有不稳定性的样品。各种高压模式如VP、LVESEM的出现,已允许扫描电镜观察未经冷冻和干燥的样品。但是,冷冻扫描电镜仍然是防止样品丢失水分的Z有效方法,它能应用于任何真空状态,包括装于扫描电镜的Peltier台以及向样品室内冲以水汽的装置。冷冻扫描电镜还有一些其他优点,如具有冷冻断裂的能力以及可以通过控制样品升华刻蚀来选择性地去除表面水分(冰)等。
冷冻电镜技术基本原理之三维冷冻电镜技术:样品经过在液氮中的冷冻固定,使得生物大分子中的H2O分子以玻璃态的形式存在,保持低温,将样品放入显微镜,高度相干的电子作为光源从上面照射下来,透过样品和附近的冰层,受到散射,利用探测器和透镜系统把散射的信号成像记录下来,再进行信号处理,较后利用三维重构的技术得到样品的三维结构。冷冻电镜技术的独特优势分辨率高:光学显微镜的分辨率为0.2μm,透射电子显微镜的分辨率为0.2nm,透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。基于结构的药物设计已经逐渐成为药物开发设计的主流,与此同时冷冻电镜技术也在蓬勃发展。
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。冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点:可研究细胞内的膜性结构及内含物结构。韶关冷冻电镜技术服务公司
冷冻电镜技术就是在传统透射电子显微镜之上,加上了低温传输系统和冷冻防污染系统。韶关冷冻电镜技术服务公司
单颗粒冷冻电镜技术的颗粒挑选:接下来需要从原始数据中筛选出颗粒投影,也被称为“颗粒挑选”,颗粒挑选的好坏也将影响所有后续的分析和处理过程,是一个重要并且繁琐的步骤。颗粒挑选方式可以分为手动挑选、半自动挑选和完全自动挑选这几种。在早期的分析中,对于结构的了解还非常少,优先考虑的都是人工挑选。但是自动的颗粒图像获取方法的出现使得在很短时间内可以收集数十万张颗粒图像,人工挑选大量的颗粒图像不太现实,并且人工的挑选通常会过于集中于某一类颗粒图像,导致遗漏和偏差。半自动和全自动的方法主要有以下三类:(1)通过例如降噪、反衬增强、边缘算子等图像形态学方法搜索区域,基于数字图像处理学的原理,将颗粒图像与背景分离开来。(2)基于模板的方法,通过扫描数据图像和已知的模板比较来挑选出潜在的颗粒图像,模板的来源通常为手动选出的数据图像中较为清晰的颗粒图像,或者是已知结构的投影。(3)结合无模板和有模板的方法,通过一些有监督的机器学习算法进行颗粒挑选。韶关冷冻电镜技术服务公司