冷冻电镜技术揭示生物分子细节:冷冻电镜可以通过揭示细胞里发生的生命过程细节,帮助人们了解很多有意思的生物学现象。比如,我们吃辣椒会觉得辣,是因为辣椒里有一种叫做辣椒素的小分子。辣椒素与位于舌头神经末梢的膜蛋白TPRV1结合,打开膜蛋白上的一个通道,让细胞膜外面的离子向细胞膜内部流动,这样微小的流动产生的电流通过神经纤维较终传递到我们的大脑,让我们感受到辣的感觉。2013年,科学家利用冷冻电镜技术,以近原子分辨率解析了膜蛋白TRPV1的通道结构,以及它与辣椒素相互结合的结构。人们由此了解到,实际上是由于辣椒素结合到4个亚基所组成的通道膜蛋白上把孔道撑开,才使得离子可以穿透。冷冻电镜技术的独特优势: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。黄山Cryo-TEM技术特点
冷冻电子显微镜技术:目前使用的几种主要的结构解析方法包括:电子晶体学单颗粒重构技术和电子断层扫描重构技术等。电子晶体学:电子晶体学技术利用电子显微镜的成像和电子衍射的功能,从生物大分子的二维晶体获取结构信息,解析其三维结构。生物大分子在空间中有序排列,可以形成三维晶体,也可以形成二维晶体对于二维晶体来说,其只在X-Y平面内具有平移对称性,电子波照射到二维晶体上时能够发生衍射。根据电子显微镜记录的二维图像来确定相位,利用二维晶体的衍射图谱来确定振幅,从而通过反傅里叶变换计算出大分子的密度投影,之后再利用三维重构技术获得大分子的三维结构图,从而解析出生物大分子的三维结构。该方法的特点是解析分辨率较高,可达到近原子分辨率。但获得蛋白的二维晶体来作为样品,仍然是一项非常具有挑战性的工作。合肥Cryo-TEM技术应用冷冻电镜技术之冷冻透射电镜优点:透镜多,光学性能好。
冷冻电镜技术究竟是什么呢?一直以来,科学家们不断进行基础生命科学的探究,探究细胞内的生命规律,为人类健康及其他学科提供借鉴。而分子是生命体中行使功能的较小单元,生命科学研究也逐步发展到了微观生物分子的结构与功能研究阶段,以期逐步加深对生命过程的认知。充分的基础研究不只能帮助我们深刻认识生命过程,并且能够帮助改善人类健康和提高人类生活质量。科学家们能够通过生命科学研究帮助确定新的药物靶点,并进行基于靶点的药物筛选,提高药物研究的成功率、安全性和有效性。并且随着生物制品尤其抗体大分子药物的发展,冷冻电镜技术越来越多地应用于活性生物分子结构的解析中。
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)。冷冻电镜技术用于生物样品三维结构解析,包含单颗粒分析、微晶电子衍射和冷冻电子断层扫描3种技术。
冷冻电镜技术之冷冻透射电镜:冷冻透射电镜(Cryo-TEM)通常是在普通透射电镜上加装样品冷冻设备,将样品冷却到液氮温度(77K),用于观测蛋白、生物切片等对温度敏感的样品。通过对样品的冷冻,可以降低电子束对样品的损伤,减小样品的形变,从而得到更加真实的样品形貌。它的优点主要体现在以下几个方面:首先是加速电压高,电子能穿透厚样品;第二是透镜多,光学性能好;第三是样品台稳定;第四是全自动,自动换液氮,自动换样品,自动维持清洁。冷冻电子显微技术主要包括单颗粒冷冻电镜技术和冷冻电子断层扫描技术。武汉低温透射电镜技术品牌
冷冻电镜技术的独特优势: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。黄山Cryo-TEM技术特点
冷冻电镜技术的应用情况:近年来,冷冻电镜技术在全球范围被大众所熟知,并且被越来越多的学术界和跨国制药企业所采用。在药物研发方面,多个跨国公司已经将冷冻电镜技术用于药物发现。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。冷冻电镜技术在药品开发过程中的应用实例,进一步说明该技术在药品(生物制品)的质量方面有前瞻性的意义。在回顾技术应用的同时,也看到了未来冷冻电镜技术在新药研发方面的几个前瞻方向。我们相信冷冻电镜在基于结构的药物设计、生物制剂高级结构表征、冷链运输过程中的质量控制中将发挥越来越重要的作用。黄山Cryo-TEM技术特点