广州原位冷冻电镜技术特点

冷冻电镜技术原理之电子断层扫描成像技术：通过在显微镜内倾转样品从而收集样品多角度的电子显微图像并对这些电子显微图像根据倾转几何关系进行重构的方法称为电子断层扫描成像技术。该方法主要应用于细胞及亚细胞器，以及没有固定结构的生物大分子复合物(分子量范围为800kD)，Zgao分辨率约2nm。冷冻电镜的分类：目前我们讨论的冷冻电镜基本上指的都是冷冻透射电镜，但是如果我们以使用冷冻技术的角度定义冷冻电镜的话，冷冻电镜主要可以分为冷冻透射电镜、冷冻扫描电镜、冷冻蚀刻电子显微镜。冷冻电镜技术之冷冻透射电镜是将样品冷却到液氮温度，用于观测蛋白、生物切片等对温度敏感的样品。广州原位冷冻电镜技术特点

冷冻电子显微技术主要包括单颗粒冷冻电镜技术和冷冻电子断层扫描技术。单颗粒冷冻电镜技术首先捕获大量随机分布的同一种生物样品的二维图像，然后通过图像处理算法解析其三维结构。近年来，随着冷冻电镜设备和计算机软硬件的快速发展，特别是随着直接电子探测器在冷冻电镜中的应用，单颗粒冷冻电镜技术迈进了原子分辨率水平，在生物学、医学和新药研发等领域发挥着越来越重要的作用。冷冻电镜通过记录单个生物样品在倾斜旋转过程中投影的一系列二维图像，采用特殊的算法计算，将二维图像重构为三维断层图像。冷冻电镜主要研究组织、细胞和微生物中的超微结构，它能够提供生理环境下大分子复合物纳米、亚纳米甚至近原子尺度的原位结构信息以及其与其它大分子的相互作用信息。广州低温电子显微镜技术服务中心冷冻电镜技术中的单颗粒分析法：是针对单个粒子进行重构的技术。

冷冻电子显微镜技术：目前使用的几种主要的结构解析方法包括:电子晶体学单颗粒重构技术和电子断层扫描重构技术等。电子晶体学：电子晶体学技术利用电子显微镜的成像和电子衍射的功能，从生物大分子的二维晶体获取结构信息，解析其三维结构。生物大分子在空间中有序排列，可以形成三维晶体，也可以形成二维晶体对于二维晶体来说，其只在X-Y平面内具有平移对称性，电子波照射到二维晶体上时能够发生衍射。根据电子显微镜记录的二维图像来确定相位，利用二维晶体的衍射图谱来确定振幅，从而通过反傅里叶变换计算出大分子的密度投影，之后再利用三维重构技术获得大分子的三维结构图，从而解析出生物大分子的三维结构。该方法的特点是解析分辨率较高，可达到近原子分辨率。但获得蛋白的二维晶体来作为样品，仍然是一项非常具有挑战性的工作。

冷冻电镜技术解析结构主要风险在：A.样品很不稳定，样品寄送过来的时候，已经降解或者聚集，无法进行后续处理；B.样品在冷冻制样的过程中，可能会被冻碎，从而无法进行后续处理；C.样品纯度可能很好，但是均一度很差，从而难以获得样品的高分辨结构；D.我们关心的区域可能在整个复合体中有很强的柔性，从而经过二维或者三维平均后，我们关心区域的分辨率会比较差甚至看不见，达不到我们的预期；E.一些配体，比如药物前体分子，分子量太小，不一定能在电镜的密度图中观测到；F.对于合适的样品，我们冷冻制样需要优化的参数有很多，包括样品浓度的优化，blottime的优化，温度的优化，grid规格（铜网或者金网）的优化等一系列条件的优化。因此冷冻电镜制样需要丰富的经验和充足的机时支持，不同的实验者，成功率可能差别很大。冷冻电镜技术的独特优势：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。

冷冻电子显微镜技术步骤之图像采集：冷冻的样品通过专门的设备一冷冻输送器转移到电镜的样品室。在照相之前，必须观察样品中的水是否处于玻璃态，如果不是则应重新制备样品。由于生物样品对高能电子的辐射敏感，照相时必须使用较小曝光技术。经过透射电子显微镜中一系列复杂的过程，较终在记录介质上会形成样品放大几千倍至几十万倍的图像。利用计算机对这些放大的图像进行处理分析即可获得样品的精细结构。近年来，一个技术上的重大突破是高分辨率图像采集设备的开发与应用。基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术开发的直接探测电子成像的装置使电子显微放大图像的信噪比相对过去所使用的底片或电荷耦合元件(CCD)有了很大提高、进而提高了成像的质量。单颗粒冷冻电镜技术首先捕获大量随机分布的同一种生物样品的二维图像，通过图像处理算法解析其三维结构。广州低温电子显微镜技术服务中心

冷冻电镜技术中的单颗粒分析法理论成像分辨率更高。广州原位冷冻电镜技术特点

冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发：分子生物学兴起后，基于靶点的药物发现逐渐成为主流新药研发模式。通常通过结构生物学方法获得靶点及靶点-受体相互作用的结合位点。将靶点结构和结合位点作为模型进行虚拟筛选，并通过高通量的方法获得可能结合的潜在分子，并进一步通过结构生物学方法直接解析靶点-潜在分子的高分辨率结构，进行潜在分子的确认。冷冻电镜“分辨率改变”使其成为获得优于3Å结构的常规技术。高分辨率的结构能够清晰地描绘靶点与潜在分子相互作用的信息，包括结合表位、配体手性等，为潜在化合物的结构改造提供了指导。新的疾病或者突发流行病需要进行从头药物设计研究，这些应对性的药物研发需要有大量基础研究的积累。冷冻电镜技术既完美契合了结构生物学的基础研究，又能够助力加速基于结构的药物研发。广州原位冷冻电镜技术特点

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