冷凍電鏡技術(shù)基本原理之電鏡三維重構(gòu)理論：D.DeRosier和A.Klug提出三維重構(gòu)理論是借助一系列沿不同方向投影的電子顯微像來重構(gòu)被測(cè)物體的立體構(gòu)型，利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行電子顯微像三維重構(gòu)測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)的概念和方法。透射電子顯微鏡成像過程中，電子束穿透樣品，將樣品的三維電勢(shì)密度分布函數(shù)沿著電子束的傳播方向投影至與傳播方向垂直的二維平面上。運(yùn)用中心截面定理，從而可以通過三維物體不同角度的二維投影在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行三維重構(gòu)來解析獲得物體的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)中單顆粒分析法優(yōu)點(diǎn)：解析生物大分子的理論分辨率可達(dá)原子級(jí)。汕頭低溫透射電鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法（Singleparticleanalysis,SPA）：?jiǎn)晤w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(jìn)行分散冷凍后進(jìn)行隨機(jī)的投影拍照，再通過計(jì)算模擬測(cè)定角度，對(duì)具有相同角度的粒子進(jìn)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(duì)單個(gè)粒子進(jìn)行重構(gòu)的技術(shù)，但我們的研究對(duì)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(duì)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(gè)同質(zhì)的子集，然后分別進(jìn)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(shí)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(duì)象可以是具有某種對(duì)稱性的顆粒，也可是不具有任何對(duì)稱性的蛋白分子或復(fù)合體，尤其是針對(duì)核糖體的表征。十堰冷凍透射電鏡技術(shù)冷凍電鏡技術(shù)中單顆粒分析法優(yōu)點(diǎn)：樣品受總輻射值小；對(duì)稱顆粒的解析分辨率更高。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之圖像采集：冷凍的樣品通過專門的設(shè)備一冷凍輸送器轉(zhuǎn)移到電鏡的樣品室。在照相之前，必須觀察樣品中的水是否處于玻璃態(tài)，如果不是則應(yīng)重新制備樣品。由于生物樣品對(duì)高能電子的輻射敏感，照相時(shí)必須使用較小曝光技術(shù)。經(jīng)過透射電子顯微鏡中一系列復(fù)雜的過程，較終在記錄介質(zhì)上會(huì)形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像。利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些放大的圖像進(jìn)行處理分析即可獲得樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。近年來，一個(gè)技術(shù)上的重大突破是高分辨率圖像采集設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用?；诨パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)開發(fā)的直接探測(cè)電子成像的裝置使電子顯微放大圖像的信噪比相對(duì)過去所使用的底片或電荷耦合元件(CCD)有了很大提高、進(jìn)而提高了成像的質(zhì)量。

冷凍電鏡技術(shù)未來之路在何方?除了蛋白等生物大分子外，生物樣品還有很重要的一面是細(xì)胞和組織。即使是目前有很多重要的蛋白結(jié)構(gòu)都得到了埃米級(jí)別的解析，但由于它們都是純化出來的，已經(jīng)脫離了原來位置，就如同一片樹葉脫離了大樹，研究的再深刻，目前也只是一葉遮目，不要說推測(cè)這片樹葉在森林里的位置，即使是在哪顆特定大樹上的生長(zhǎng)部位和結(jié)構(gòu)都很難說。因此解析細(xì)胞或組織這樣大尺度的高分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)具有更普遍的生物學(xué)意義?；诮Y(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為藥物開發(fā)設(shè)計(jì)的主流，與此同時(shí)冷凍電鏡技術(shù)也在蓬勃發(fā)展。

冷凍電鏡技術(shù)原理之單顆粒技術(shù)：對(duì)分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結(jié)構(gòu)同一性的假設(shè)，對(duì)多個(gè)圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過對(duì)正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進(jìn)一步確認(rèn)二維圖像之間的空間投影關(guān)系后經(jīng)過三維重構(gòu)獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術(shù)獲得三維重構(gòu)的方法主要包括等價(jià)線方法、隨機(jī)圓錐重構(gòu)法、隨機(jī)初始模型迭代收斂重構(gòu)等方法，其基本目標(biāo)是獲得二維圖像之間正確的空間投影關(guān)系，從而進(jìn)行三維重構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了高分辨率結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。東莞透射電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)

冷凍電子顯微鏡技術(shù)具有研究對(duì)象普遍、樣品需求量少、更接近生理狀態(tài)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。汕頭低溫透射電鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)：分子生物學(xué)興起后，基于靶點(diǎn)的藥物發(fā)現(xiàn)逐漸成為主流新藥研發(fā)模式。通常通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法獲得靶點(diǎn)及靶點(diǎn)-受體相互作用的結(jié)合位點(diǎn)。將靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)作為模型進(jìn)行虛擬篩選，并通過高通量的方法獲得可能結(jié)合的潛在分子，并進(jìn)一步通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法直接解析靶點(diǎn)-潛在分子的高分辨率結(jié)構(gòu)，進(jìn)行潛在分子的確認(rèn)。冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術(shù)。高分辨率的結(jié)構(gòu)能夠清晰地描繪靶點(diǎn)與潛在分子相互作用的信息，包括結(jié)合表位、配體手性等，為潛在化合物的結(jié)構(gòu)改造提供了指導(dǎo)。新的疾病或者突發(fā)流行病需要進(jìn)行從頭藥物設(shè)計(jì)研究，這些應(yīng)對(duì)性的藥物研發(fā)需要有大量基礎(chǔ)研究的積累。冷凍電鏡技術(shù)既完美契合了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的基礎(chǔ)研究，又能夠助力加速基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)。汕頭低溫透射電鏡技術(shù)方案

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