冷凍電鏡是什么
在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術,就叫做冷凍電子顯微鏡技術,簡稱冷凍電鏡(cryo-electron microscopy, cryo-EM)。
冷凍電鏡是重要的結構生物學研究方法,它與另外兩種技術:X射線晶體學(X-ray crystallography)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)一起構成了高分辨率結構生物學研究的基礎,在獲得生物大分子的結構并揭示其功能方面極為重要。
冷凍電鏡并不是這兩年才建立的。在蛋白質X射線晶體學誕生大約10多年以后的1968年, 作為里程碑式的電鏡三維重構方法,同樣在劍橋MRC分子生物學實驗室誕生,Aron Klug教授因此獲得了1982年的諾貝爾化學獎。另一些突破性的技術在上世紀70年代和80年代中葉誕生,主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術。
快速冷凍可以使蛋白質和所在的水溶液環境迅速從溶液態轉變為玻璃態,玻璃態能使蛋白質結構保持其天然結構狀態,如果以緩慢溫和的方式冷凍,這個過程會形成晶體冰,生物分子的結構將被晶格力徹底損壞。
低劑量冷凍成像能夠保存樣品的高分辨率結構信息,確保了從電鏡圖形中解析蛋白質結構的可能性。與此同時,2017諾貝爾化學獎得主Joachim Frank等,則在電鏡圖像處理算法方面奠定和發展了這項技術的理論基礎。由此冷凍電鏡的雛形基本建立,總的思路為:樣品冷凍(保持蛋白溶液態結構)——冷凍成像(獲取二維投影圖像)——三維重構(從二維圖像通過計算得到三維密度圖)。
根據諾貝爾獎評委會的說法,這項技術使生物分子成像變得更加簡單,將生物化學帶入了一個新紀元。
-
科技前沿