冷冻电子显微镜技术之样品成像:低剂量辐照成像,普通的样品材料在进行TEM表征时,电子剂量越高,成像质量越好。但生物样品受到的辐照损伤却是和累积的辐照总剂量相关的。更详细一点说,随着辐照剂量的增加,辐照损伤对高分辨细节的破坏更严重。因此,为了尽可能地获得更多的细节,就必须要对样品采用用低剂量辐照成像。在冷冻电镜技术中,常用的低剂量辐照成像法有两种:冷冻电子断层扫描法,单颗粒分析成像法。冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术(cryogeniccomputedtomography):进行断层扫描时,样品被连续不停地旋转,并在每个旋转角度上都进行一次成像。每一幅电子显微像是物体在不同投影方向的二维投影像,经傅立叶变换会得到一系列不同取向的截面,当截面足够多时,会得到傅立叶空间的三维信息,再经傅立叶反变换便能得到物体的三维结构。冷冻电镜技术采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。Cryo-TEM技术品牌
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。Cryo-TEM技术品牌冷冻电镜技术能够揭示生物分子细节。
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)。
冷冻电镜技术总结: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,由于样品厚度的限制,能看到500-1000nm左右厚度的结构,的也可以了解整个细胞不同层面的内部结构.尽管,我们能够预言按目前电子冷冻断层成像技术的发展会得到许多更诱人的信息。细胞内存在大量分子机器和生物大分子复合物,并且与单个超分子相比要大,更容易对其进行识别。这样的事实使断层技术的目标变得简单了。在不久的将来关于细胞骨架,核孔复合体和核纤层,囊泡聚集和运输复合物以及其他一些细胞成分的一些基本问题会得到更清晰的阐释。这两种方法都不需要对样品进行结晶,快速含水冰冻的制样过程既不复杂,又保存了样品的瞬时天然结构,有利于对复合物的功能进行研究,图像自动化筛选过程将是今后提高分辨率的关键环节。而电子晶体学则对具有对称结构的样品进行三维重构具有很大的优势,比如二十面体病毒,螺旋对称结构等,尤其适合膜蛋白的三维结构,并且是电子显微术中目前只一能达到原子分辨率水平的方法。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。
冷冻电镜技术的仪器结构:冷冻电子显微镜的仪器结构与透射电子显微镜的基本结构相似,只是在进样之前搭载了液态乙烷罐与冷冻仓,保证在样品快速冷冻后能够即刻转移至样品仓内。冷冻室:在实际操作中,向液态乙烷中投入样品时,乙烷会在样品周围快速沸腾,形成绝缘气态膜,减慢向低温液体的热传递,称为莱顿弗罗斯效果好应。因此要使厚度超过几微米的样品中的水以足够高的冷却速度产生非晶冰非常困难。冷冻室中加入旋转叶片真空泵将冷冻剂泵入,可以提高冷却速度。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。Cryo-TEM技术品牌
冷冻电镜技术的基本原理利用快速冷冻技术将其瞬间冷冻至液氮温度下。Cryo-TEM技术品牌
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。Cryo-TEM技术品牌
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