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(gè)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(gè)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(guò)原點(diǎn)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)主要應(yīng)用在單個(gè)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的分析方面。珠海低溫透射電鏡技術(shù)品牌

冷凍電子顯微鏡技術(shù)中電子斷層掃描重構(gòu)技術(shù)：電子斷層掃描技術(shù)是從一個(gè)物體的投影圖像重構(gòu)獲得物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)，通過(guò)獲取同一物體的多個(gè)連續(xù)角度下的二維投影圖來(lái)反向重構(gòu)它的三維結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，電子斷層掃描技術(shù)就是將一個(gè)物體(樣品)沿著一個(gè)與電子束垂直的軸旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，采集這個(gè)物體在相對(duì)應(yīng)方向上的二維投影像，通過(guò)對(duì)這些二維投影圖的處理(相互配準(zhǔn))，將不同角度的二維投影圖反向重構(gòu)(如加權(quán)背投影等方法)，獲得樣品整體三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。電子斷層成像適合于在納米級(jí)尺度上研究不具有結(jié)構(gòu)均一性的蛋白、病毒、細(xì)胞器以及它們之間組成的復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)。與電子晶體學(xué)和單顆粒技術(shù)相比，這種技術(shù)無(wú)需樣品顆粒具有結(jié)構(gòu)同一性，也不強(qiáng)調(diào)樣品具有一定的對(duì)稱(chēng)性。因此，雖然目前電子斷層成像所獲得的結(jié)構(gòu)的分辨率(約4~10納米)不能與以上兩種技術(shù)相比，但其在研究非定形、不對(duì)稱(chēng)和不具全同性的生物樣品的三維結(jié)構(gòu)和功能中有著不可替代的作用。珠海低溫透射電鏡技術(shù)品牌冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：適合于研究結(jié)構(gòu)不規(guī)則的大分子復(fù)合物，對(duì)于分子量的上限沒(méi)有限制。

冷凍電鏡技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu)：冷凍電子顯微鏡的儀器結(jié)構(gòu)與透射電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)相似，只是在進(jìn)樣之前搭載了液態(tài)乙烷罐與冷凍倉(cāng)，保證在樣品快速冷凍后能夠即刻轉(zhuǎn)移至樣品倉(cāng)內(nèi)。冷凍室：在實(shí)際操作中，向液態(tài)乙烷中投入樣品時(shí)，乙烷會(huì)在樣品周?chē)焖俜序v，形成絕緣氣態(tài)膜，減慢向低溫液體的熱傳遞，稱(chēng)為萊頓弗羅斯效果好應(yīng)。因此要使厚度超過(guò)幾微米的樣品中的水以足夠高的冷卻速度產(chǎn)生非晶冰非常困難。冷凍室中加入旋轉(zhuǎn)葉片真空泵將冷凍劑泵入，可以提高冷卻速度。

冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線(xiàn)晶體學(xué)、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，將這幾種方法結(jié)合共同研究結(jié)構(gòu)與功能將使結(jié)構(gòu)生物學(xué)家對(duì)所研究的分子有更為全部的理解，而這些信息是單用任何一個(gè)方法所無(wú)法獲得的。將X射線(xiàn)晶體模型與經(jīng)電鏡獲得的密度圖重合可以對(duì)電鏡三維重構(gòu)的結(jié)構(gòu)作更詳盡的解釋?zhuān)鐚⑴５乃ǖ溃ˋQP1,與人的有90%同源性）的高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)與先前用冷凍電鏡技術(shù)重構(gòu)出來(lái)的人的中等分辨率水通道的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，可以進(jìn)一步確定冷凍電鏡獲得的中等分辨率的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也顯示出了冷凍電鏡技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性。另一方面，較低分辨率的電鏡三維重構(gòu)模型可以用來(lái)解釋病毒或大分子的晶體結(jié)構(gòu)。而且，將X射線(xiàn)晶體的精細(xì)結(jié)構(gòu)與冷凍電鏡的重構(gòu)模型結(jié)合構(gòu)建生物大分子復(fù)合物在發(fā)揮功生物學(xué)功能過(guò)程中出現(xiàn)的構(gòu)像變化模型。這很大程度增加了我們對(duì)于復(fù)雜分子的活動(dòng)機(jī)制的理解。電子顯微技術(shù)，成像技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，生物信息技術(shù)等不同學(xué)科的結(jié)合，將為我們提供研究生命現(xiàn)象與本質(zhì)的強(qiáng)有力的手段。冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線(xiàn)晶體學(xué)、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)。

冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細(xì)節(jié)：科學(xué)家在透射電子顯微鏡之上發(fā)明了冷凍電鏡，實(shí)現(xiàn)了生物分子“近原子級(jí)”的分辨率，讓人類(lèi)終于可以一窺究竟生物分子是如何執(zhí)行其功能。在過(guò)去幾年里，冷凍電子顯微鏡技術(shù)逐漸成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的重要研究工具。冷凍電鏡技術(shù)的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜，然后利用快速冷凍技術(shù)將其瞬間冷凍至液氮溫度下。冷凍速度非常快，以至于水膜無(wú)法形成晶體，而是形成一層玻璃態(tài)的冰。生物大分子就被固定在這層薄冰里。將這樣的冷凍樣品保持低溫放置在透射電子顯微鏡下觀察，從而獲得生物大分子的結(jié)構(gòu)，被稱(chēng)為冷凍電鏡技術(shù)。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。珠海低溫透射電鏡技術(shù)品牌

冷凍電鏡技術(shù)與X射線(xiàn)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)。珠海低溫透射電鏡技術(shù)品牌

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(lái)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(guò)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(guò)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(lái)解析獲得物體的三維結(jié)構(gòu)。珠海低溫透射電鏡技術(shù)品牌

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