低温电子显微镜(低温电子显微镜)正日益被利用作为主流技术来研究蛋白质的结构组件,病毒和细胞分子的决议。本文重点介绍低温电子显微镜的不同方面,包括其优缺点,应用,低温电子显微镜和电子显微镜的区别(EM)技术,以及最近的研究涉及低温电子显微镜技术。
科学家准备低温电子显微镜样品在液氮温度下液态乙烷。图片来源:PolakPhoto / Shutterstock.com
低温电子显微镜是什么?
低温电子显微镜被称为一种EM,透射电子显微镜(TEM)用于获取的图像在低温条件下辐射灵敏的标本。这句话低温电子显微镜通常用于几个实验方法,如单粒子低温电子显微镜,电子晶体学和低温电子断层扫描。
每个低温电子显微镜方法可以单独使用和混合的方法,在从低温电子显微镜获得的信息融合与互补信息从核磁共振(NMR)光谱和x射线晶体的方法。目前,低温电子显微镜已经变得更容易和更容易使用,和用于成像等生物标本细菌,plunge-frozen细胞,和完整的组织部分。
EM和低温电子显微镜的区别
传统EM方法使用染色、脱水、和化学固定标本来获取他们的形象。有机物质之间的相互作用和电子广泛损害EM生物标本。
同时,低温电子显微镜保存标本的原生水化状态,这种技术不需要额外的方法成像标本。
标本内的电子辐照打破化学键,从而导致自由基的生成,进一步造成二次伤害。虽然电子低剂量可以保存标本通过减少辐射损伤,这种低剂量导致噪声图像。
低温电子显微镜可以有效地解决这一问题,成像在执行这项技术使用冷冻标本,维持在液态氦或液氮温度,减少不利影响的电子辐照的标本。
生物标本是在一层玻璃样的冰,然后迅速玻化成像在液氦和/或液氮温度。在氮温度、辐射损伤明显减少,它允许使用一个更高的电子剂量获得图像与一个好的信噪比。液态氮和氦也可以用来获取三维(3 d)重建的标本near-molecular层面通过低温电子显微镜方法。
低温电子显微镜的优点和缺点
低温电子显微镜技术不需要水晶和适用于成像蛋白质和大量的分子量复合物,以及膜蛋白的结构分析。此外,这项技术保留的功能状态和原生生物样本的活动,解决了结构,没有通过其他方法来解决,如x射线晶体学。
然而,低温电子显微镜成像非常小的蛋白质是无效的,需要大量的时间来生成样本图片。此外,技术要求非常高的样本同质性,这就增加了困难获得高分辨率图像的灵活的蛋白质。此外,当前的低温电子显微镜分辨率为医药研究和开发是不够的,随着这种技术获得的图像低信噪比在某些情况下。
低温电子显微镜方法的主要应用
低温电子断层扫描是用来创建3 d结构的大分子组装基于一系列的图像,每一次获得的图像在不同相对于入射电子束的方向倾斜。然而,成像更厚的标本,如真核细胞或大型病毒,通常是使用一个成像过滤器执行,增强了对比删除inelastically散射电子。
这些图像,计算结合生成x线断层照片,这主要是标本的3 d图像。一些见解,如横向排列的膜蛋白装配和细菌细胞骨架的组织出现在这些层析研究。低温电子断层扫描的其他应用程序包括调查不同的细胞骨架和丝状组件和薄的哺乳动物细胞的成像区域。
低温电子显微镜结构人类t细胞白血病病毒1型(htlv 1) intasome。图片来源:之上Dvornyk / Shutterstock.com
单粒子分析是最常用的低温电子显微镜技术。在单粒子分析中,数据从几个二维(2 d)投影图像特征匹配的副本各方向结合起来形成一个蛋白质复杂的生物结构的三维重建。最高分辨率使用单粒子的方法实现,而成像二十面体病毒。单粒子成像技术的其他应用程序包括重建10埃分辨率的动态蛋白质复合物和构象上异构标本的分析。
最近的研究使用低温电子显微镜
最近,低温电子显微镜被广泛使用收集图片的蛋白质和其他分子结构和存储在电子显微镜数据银行(EMDB),一个受欢迎的库EM-solved结构。这些结构将被用来识别蛋白质的工作,及其在疾病诊断和治疗中的作用。
低温电子显微镜也用于识别结构变化2019年冠状病毒病(COVID-19)变异理解病毒的进化,这增加了他们的传染性。高分辨率低温电子显微镜来检测峰值蛋白质结构的变化β和α变体。这项研究发表在《华尔街日报》自然通讯。
此外,低温电子显微镜是用来确认第一次细胞过程的复杂功能。研究人员发表在杂志上细胞的发现用低温电子显微镜仔细观察ATP13A2蛋白存在于脑细胞。蛋白质会导致neurogenerative疾病,如帕金森病的时候失去了功能由于基因突变。样本冷冻温度在华氏-238°和-460°华氏成像。
结论
总而言之,低温电子显微镜已成为一个有效的成像技术来确定生物组件和大分子的结构。在未来,可能低温电子显微镜可以用于基于结构的药物发现。然而,还需要更多的研究来使用这项技术的成像膜蛋白复合物和low-copy-number大分子本国环境。
从AZoM:微通道板在电子光谱仪探测器
引用和进一步阅读
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