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盘点2017|神器——冷冻电镜“乱入”材料圈?【华体会体育】

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本文摘要:想起冷冻电镜,小编想不管是研究生还是教授大咖,有可能和科研有那么一丁点联系的人对这个名字都会陌生,因为它实在太有名了!基于冷冻电镜生产量的科研成果很多都公开发表在Nature、Science、Cell等顶刊上(讨厌脸),可谓NSC神器。

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想起冷冻电镜,小编想不管是研究生还是教授大咖,有可能和科研有那么一丁点联系的人对这个名字都会陌生,因为它实在太有名了!基于冷冻电镜生产量的科研成果很多都公开发表在Nature、Science、Cell等顶刊上(讨厌脸),可谓NSC神器。冷冻电镜技术的发展必要造就了生命科学领域,尤其是结构生物学的飞速发展,今年堪称不负众望(捉弄我大化学)乘势夺下了“炸药”化学奖!不过,这些都不最重要,却是他是隔壁生物家的孩子,以路人甲的姿态(讨厌但是我不展现出出来)想到就好,当真也用不上!没想到一个日出的日子,还有些风和日丽的,Stanford的崔大神(崔屹)硬生生把它扯入了我大材料圈,而且一鸣惊人,做了篇Science!(就回答你服不服)听见这个消息,小编不已陷于了深深的冥想,都是做到材料的,怎么差异就这么大呢?(隔壁桌小林:人家是大牛!年长的大牛!你,呵呵~)然而,一段时间的冥想之后,小编知耻而后勇,要求只想想到这个“乱入”我材料圈的隔壁生物家的孩子,万一大老板某天心血来潮也摸了一台敲实验室了(大老板:我就呵呵不说出),那小编岂不有大大的优势,机智如我!羞机智不如众机智,所以下面,小编带大家联合理解一下这把生物圈的屠龙宝刀——冷冻电镜!1.什么是冷冻电镜?冷冻电镜,全称冷藏电子显微镜技术(Cryo-electronmicroscopy,Cryo-EM)(我大材料的小伙伴也慢只想忘记这个单词,坚信不就的将来就不会沦为检索材料学文献的热门关键词),是所指将生物大分子较慢冷藏后,在低温环境下利用入射电子显微镜对样品展开光学,再行经图像处理和重构计算出来取得样品三维结构的方法[1]。

图1就是中科院生物物理研究所的FEITitanKrios300kV冷冻电镜,据传单台应当在600万美元以上。经过30多年的发展,冷冻电镜甚至打破了X射线晶体学、核磁共振(NMR)承托起了高分辨率结构生物学研究的基础。

图1FEITitanKiros300kV冷冻电镜实物图那么为什么必须冷冻电镜技术?众所周知,X射线晶体学是解析结构的经典方法,然而它必须取得生物样品单晶,生物大分子的晶体生长却十分困难;而与此同时,材料学研究中早就用于电镜必要仔细观察到了原子像[2](作为一名材料汪,TEM、SEM的重要性我想要需要赘言),于是生物学家也想要电镜给生物大分子拍电影一张高清照片,解析其结构,以解读其生化反应机制,然而事情没那么非常简单,电子显微镜在生物领域的应用于受到了相当严重容许:(1)生物样品所含非常丰富的水,而透射电镜的工作条件是高度真空的;(2)高能电子束不会严重破坏生物样品;(3)生物样品主要是C、O、N、H等轻元素,对电子的光线和衍射与背景相近,取得图像衬度很低;(4)蛋白质分子不会飘移,造成图像模糊不清。经过众多科学家的长年希望,大大解决种种艰难,冷冻电镜技术再一发展了一起,构建了溶液里生物分子高分辨率的结构解析,使得生物化学转入了一个新时代,其中3位有开创性贡献的科学家因此荣膺2017年诺贝尔化学奖。他们分别是:瑞士洛桑大学JacquesDubochet教授、美国哥伦比亚大学JoachimFrank教授和英国剑桥大学RichardHenderson教授。

冷冻电镜技术得出的生物大分子高清摄影的方案是[1]:样品冷藏→低剂量电子冷藏光学→三维重构。图2取得2017年诺贝尔化学奖的3位科学家(1)样品冷藏样品冷藏只不过是科学家们很早已想起的思路,但是冷藏之后样品中水分子构成冰晶,不仅产生反感电子衍射掩饰样品信号,还不会转变样品结构。

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