冷凍電鏡技術(shù)基本原理之三維冷凍電鏡技術(shù)：樣品經(jīng)過在液氮中的冷凍固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃態(tài)的形式存在，保持低溫，將樣品放入顯微鏡，高度相干的電子作為光源從上面照射下來，透過樣品和附近的冰層，受到散射，利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號成像記錄下來，再進行信號處理，較后利用三維重構(gòu)的技術(shù)得到樣品的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)的獨特優(yōu)勢分辨率高：光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，透射電子顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上放大了1000倍。雖然冷凍電鏡技術(shù)屬于前沿技術(shù)，但目前已經(jīng)有利用冷凍電鏡基于結(jié)構(gòu)研發(fā)的藥物進入臨床試驗。莆田原位冷凍電鏡技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電鏡技術(shù)也正在成為助力醫(yī)藥研發(fā)的有力手段。依托對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解，科學(xué)家正在開發(fā)更有效的治Ca藥、打菌素、止痛藥、麻醉劑等。中國過去10多年里，建成了世界上較大的冷凍電鏡設(shè)施。中國的科學(xué)家，也在冷凍電鏡領(lǐng)域取得了很多舉世矚目的成就，引起了世界的普遍關(guān)注。比如清華大學(xué)的施一公團隊，對老年癡呆癥相關(guān)的重要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了解析，對于我們理解它的發(fā)病機理甚至開發(fā)重要治療方法有重要意義。他們對剪接體復(fù)合體一系列結(jié)構(gòu)的研究幫助我們理解細(xì)胞的演化、細(xì)胞的基因調(diào)控和其他一些相關(guān)疾病有著重要意義。2019年，中國科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù)解析到世界上目前分辨率較高的豬瘟病毒結(jié)構(gòu)，這對我們了解該病毒的發(fā)病機理，以及如何更好開發(fā)疫苗具有重要意義。單顆粒冷凍電鏡技術(shù)特點冷凍電鏡技術(shù)主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法（Singleparticleanalysis,SPA）：單顆粒技術(shù)獲得投影的具體方法：制備很多具有同樣結(jié)構(gòu)的大分子樣品，將其進行分散冷凍后進行隨機的投影拍照，再通過計算模擬測定角度，對具有相同角度的粒子進行組合，突出其中更特殊、更容易解釋的特征。單顆粒冷凍電鏡是針對單個粒子進行重構(gòu)的技術(shù)，但我們的研究對象往往是多構(gòu)象或結(jié)構(gòu)異質(zhì)的蛋白，顆粒之間存在細(xì)微差別，這是一些蛋白質(zhì)無法獲得高分辨結(jié)構(gòu)的重要原因之一。對于結(jié)構(gòu)異質(zhì)性樣品的分析，我們需要首先將樣品分成幾個同質(zhì)的子集，然后分別進行三維重建。由于單顆粒分析法理論成像分辨率更高，尤其在分析具有同質(zhì)性結(jié)構(gòu)的樣品時表現(xiàn)出更方便、更優(yōu)異的成像能力，因此得到了更普遍的應(yīng)用。單顆粒分析法的研究對象可以是具有某種對稱性的顆粒，也可是不具有任何對稱性的蛋白分子或復(fù)合體，尤其是針對核糖體的表征。

冷凍電鏡技術(shù)近年來獲得了迅猛的發(fā)展，取得了許多具有重大意義的成果。冷凍電鏡將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像，還具有分辨率高、更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。同時，系統(tǒng)地綜述了冷凍電鏡技術(shù)在科學(xué)研究中的應(yīng)用，并展望冷凍電鏡技術(shù)未來的發(fā)展。冷凍電鏡（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）技術(shù)，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)，即把樣品冷凍并保持低溫放進顯微鏡里面，用高度相干的電子作為光源從上面照射，透過樣品和附近的冰層，受到散射，再利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射信號成像記錄下來，較后進行信號處理，得到樣品的結(jié)構(gòu)。冷凍電子顯微鏡技術(shù)還將普遍應(yīng)用于細(xì)胞組織的超微結(jié)構(gòu)解析，對解開生命活動的規(guī)律和機制等產(chǎn)生更大影響。

冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像,包括樣品制備、圖像采集、圖像處理及三維重構(gòu)等幾個基本步驟。三維重構(gòu)：數(shù)據(jù)處理的較終目的是為了獲得生物樣品的三維質(zhì)量密度圖，由二維圖像推知三維結(jié)構(gòu)的方法即三維重構(gòu)。其理論原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一個函數(shù)沿某方向投影函數(shù)的傅里葉變換等于此函數(shù)的傅里葉變換通過原點且垂直于此投影方向的截面函數(shù)。由于樣品性質(zhì)的不同，圖像分析的方法也有差異。冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)。連云港透射電鏡技術(shù)品牌

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冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細(xì)節(jié)：冷凍電鏡可以通過揭示細(xì)胞里發(fā)生的生命過程細(xì)節(jié)，幫助人們了解很多有意思的生物學(xué)現(xiàn)象。比如，我們吃辣椒會覺得辣，是因為辣椒里有一種叫做辣椒素的小分子。辣椒素與位于舌頭神經(jīng)末梢的膜蛋白TPRV1結(jié)合，打開膜蛋白上的一個通道，讓細(xì)胞膜外面的離子向細(xì)胞膜內(nèi)部流動，這樣微小的流動產(chǎn)生的電流通過神經(jīng)纖維較終傳遞到我們的大腦，讓我們感受到辣的感覺。2013年，科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù)，以近原子分辨率解析了膜蛋白TRPV1的通道結(jié)構(gòu)，以及它與辣椒素相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。人們由此了解到，實際上是由于辣椒素結(jié)合到4個亞基所組成的通道膜蛋白上把孔道撐開，才使得離子可以穿透。莆田原位冷凍電鏡技術(shù)服務(wù)中心

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