冷冻电镜的基本原理

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冷冻电镜的基本原理

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目前在透射电子显微镜中获得倾斜序列需要20至60分钟,这大大降低了冷冻电子断层扫描的工作流程。幸运的是,新一代的直接检测器,能用于更快的数据传输的硬件以及用于快速倾斜系列的方法已经被开发出来[11]。将这些结合起来,仅需花费当前时间的一小部分就可以获得倾斜序列,从而大大加快工作流程。这种发展也增加了对简便自动的样品制备方法的需求,以最佳地利用冷冻电镜。自动样品制备与高速透射电子显微镜采集相结合,将有可能分辨大量的生物结构。

随着越来越多的结构信息变得可用,我们可以通过自动映射来优化数据处理。根据数据库自动筛选包含几个生物学结构的断层图,已知结构将与断层图中可见的结构拟合,从而显示存在哪些已知结构。同时,常规地获得生物结构也可能导致定量结构生物学的兴起:进行统计分析以加深对结构间差异的了解。

冷冻电子断层扫描将揭示许多细胞过程和途径的结构信息

冷冻电子断层扫描已经向前迈出了一大步:从纯化样品中获得结构数据转变为在生物学环境中或就地获得相同的高分辨率数据。目前,许多研究都集中在大型蛋白质复合物上,这些蛋白质复合物由于其已知的大小或位置而“脱颖而出”,从而使其相对容易识别和成像。随着冷冻电子断层扫描技术的进一步发展,识别越来越稀有的细胞结构和事件将变得更加容易。获得罕见细胞事件的高分辨率结构数据将对诸如药物开发和细胞免疫学等领域产生巨大影响,但也可能重塑许多教科书上对于信号传导途径和细胞运输途径的认识。

即使蛋白质通常以稳定的多蛋白质复合物形式组装,但大多数蛋白质与蛋白质之间的相互作用本质上都是短暂的[12]。这些相互作用通常伴随着蛋白质折叠或形状的变化,从而掌握了有关重要过程的方式和位置的重要信息。目前,在它们的细胞环境中捕获此类瞬态相互作用的结构细节似乎是一项无法获取的技艺,但是随着冷冻电子断层扫描技术的最新发展,可能已不算遥远。

同样,在核酸研究领域中,冷冻电子断层扫描可以发挥基本作用,阐明诸如(非编码)RNA的转录后调控等过程。 RNA二级结构的变化可以直接转化为特定功能,例如基因表达的调节,蛋白质相互作用或RNA-RNA相互作用[13]。自从非编码RNA分子的第一次发现以来,很明显的是,有关RNA分子调节的许多复杂的细胞过程与它们的确认密切相关[14]。在这种情况下,冷冻电子断层扫描可能会进一步揭示RNA在其细胞环境中的结构与功能间关系,而同时挑战在于细胞质中的大量含量和信号RNA分子相对较小的体积。为此,需要增加用冷冻荧光显微镜寻找目标分子的精确度和增加的信噪比,以解决拥挤细胞质中的结构。

在DELMIC,我们坚信冷冻电子断层扫描将彻底改变结构生物学领域,并成为获得生物分子3D结构的首选方法。我们旨在通过提供简化工作流程的解决方案,使研究人员更容易使用冷冻电子断层扫描。为此,我们通过采用自动化方法整合了样品制备工作流程。



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