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《电子显微学在结构生物学研究中的新进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第22卷第5期电 子 显 微 学 报Vol222,No152003年10月JournalofChineseElectronMicroscopySociety2003210文章编号:100026281(2003)0520449208电子显微学在结构生物学研究中的新进展122王大能,陈 勇,隋森芳(1SkirballInstituteofBiomolecularMedicine,NewYorkUniversitySchoolofMedicine,NewYork,NY10016,USA;2清华大学生物科学与技术系,北京100084)摘 要:电子显微学是结构生物学的重要分支,已经成为一种公认
2、的研究生物大分子、超分子复合体及亚细胞结构的有力手段。本文先回顾了近期电子显微学在技术上的新进展,后概述了生物电子显微学的三个组成部分———电子晶体学,单颗粒技术,电子断层成像术的基本原理,技术方法与研究现状。最后,对电子显微学与其他结构生物学研究手段的结合以及电子显微学的未来发展做了简单的展望。关键词:结构生物学;电子显微学;电子晶体学;单颗粒技术;电子断层成像术中图分类号:Q617;Q336文献标识码:A 随着人类基因组计划的初步完成和一系列模式主要有以下一些优势:1.可以直接获得分子的形貌生物全基因组计划的完成,生物学进入了后基因组信息,即使在较低分辨率下,电子显微学也可给出
3、有时代。虽然大量的基因序列被阐明,但是生物大分意义的结构信息;2.适于解析那些不适合应用X射子如何从这些基因转录、翻译、加工、折叠、组装,形线晶体学和核磁共振技术进行分析的样品,如难以成有功能的结构单元,尚需进一步研究。而揭示生结晶的膜蛋白,大分子复合体等;3.适于捕捉动态物大分子在细胞和细胞器中的排列与相互作用,则结构变化信息;4.易同其他技术相结合得到分子复是人们理解细胞活动的必经之路。以X射线晶体合体的高分辨率的结构信息;5.电镜图像中包含相学、核磁共振技术(NMR)、电子显微学、计算生物学位信息,所以在相位确定上要比X射线晶体学直接为基本研究手段的结构生物学显然将在其中扮演越
4、和方便。来越重要的角色。本文首先介绍近年来生物电子显微学在研究技电子显微学是通过电子显微镜技术并结合图像术方法上的发展;其后将对三种主要方法:电子晶体处理技术发展起来的,在直接提供生物大分子的形学、单颗粒技术及电子断层成像术的主要原理、技术貌信息上具有很大的优越性。电子显微学在本质上方法、研究现状分别做简单介绍,并列举相应的实例有提供原子分辨率的能力,但由于生物样品易受辐说明;最后介绍电子显微学和其他结构生物学研究照损伤、图像衬度低、信噪比低的特点,使其对生物手段的结合,以及展望。希望更深入了解电子显微[2～6]大分子的高分辨率结构解析非常困难。1968年,学的读者,可以参考文献。D
5、eRosier和Klug第一次用电子显微镜对生物大分子[1]1 电子显微学技术进展的结构(T4噬菌体的尾部)进行了解析。在随后的35年里,随着生物大分子样品制备技术的完善,用电子显微学研究生物大分子的结构必须解决电子显微镜在设备和技术上的进步,计算机与图像以下几个问题:保持样品的天然含水状态;尽量减少处理技术的发展,使得应用电子显微镜对生物大分样品漂移及辐照损伤,提高图像衬度,提高信噪比。子进行结构解析的方法日益成熟,并逐渐发展成为首先,低温电子显微术(electroncryomicroscopy)解析生物大分子空间结构的重要学科—生物电子显的出现及完善使得人们对天然状态的样品研究成
6、为微学。目前电子显微学已经成为一种公认的研究生可能,且能提高样品对电子辐照的耐受度,有效地提物大分子、超分子复合体及亚细胞结构的有力手段。高了分辨率。冰冻电镜的开创性工作是由Taylor和[7]生物电子显微学相对于其他两种成熟的结构生Glaeser首先建立的,经过近二十年的发展,尤其是物学研究手段———X射线晶体学和核磁共振技术,得益于Dubochet实验室对冰冻技术深入系统的研收稿日期:2003203201;修订日期:2003205209作者简介:王大能(1961-),男(汉族),辽宁人,教授.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd
7、.Allrightsreserved.450电子显微学报 J.Chin.Electr.Microsc.Soc.第22卷[8][11]究,冰冻技术已经成为高分辨电子显微学研究的有效提高了信噪比。CCD相机在电子显微镜上常规技术。它包括冰冻制样技术、低温冷台技术和的广泛应用使得实时拍摄图像,评估样品质量好坏[12]低剂量曝光技术。主要步骤是把含水样品快速冷成为可能。而最近出现的全自动化电镜,使电镜冻,使之包埋在玻璃态的冰中(vitrification),然后将
