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| 一、什么是低溫電子顯微鏡 低溫電子顯微技術(shù)（英語：Cryogenic electron microscopy，縮寫：cryo-EM），是穿透式電子顯微鏡（TEM）的其中樣品在超低溫（通常是液氮溫度-196℃）下進行型態(tài)研究的一種技術(shù)[1]。此種儀器一般稱為低溫電子顯微鏡（簡稱：低溫電鏡）或冷凍電子顯微鏡（簡稱：冷凍電鏡） 二、低溫電子顯微鏡歷史 早在1960年，便開始有學者提出這個想法并且投入相關(guān)研究，結(jié)果卻不盡理想[2]。 1974及1975年關(guān)鍵的兩年，開始有學者陸續(xù)提出各種更佳的解決方案?？?middot;泰勒（Ken Taylor）和羅伯特·格拉瑟（Robert Glaeser）博士發(fā)現(xiàn)冷凍樣品可以保持蛋白質(zhì)的高分辨率訊號。理查德·亨德森博士在生物樣本中使用葡萄糖液以避免樣本干燥和電子束傷害，并透過傾斜樣本，以得到不同角度的投影影像，建立3D模型，當時結(jié)構(gòu)分辨率達到7Å。斯塔爾·麥克道沃爾（Alasdair McDowall）博士用液態(tài)乙烷作為冷凍介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)銅網(wǎng)上的液滴較過去的研究能產(chǎn)生更佳的玻璃化冷凍狀態(tài)，能有效提升冷凍樣本的訊噪比，這項發(fā)現(xiàn)使冷凍電鏡的技術(shù)突破。 1981年，姚阿幸·法蘭克（Joachim Frank）博士提出了單粒子分析的方法，稱作單粒子是因為樣品是單一來源的粒子。因此使用大量 2D 投影影像分類后進行數(shù)據(jù)平均，并算出可能的投影相對角度來得到3D結(jié)構(gòu)。 2011年，隨著冷凍電鏡設(shè)備技術(shù)成熟以及單分子運算法的越趨成熟，已能獲得接近原子等級的分辨率。 2013年，將電鏡影像記錄設(shè)備的底片系統(tǒng)改成利用光電效應(yīng)記錄電子數(shù)字信號，提高電子訊號的轉(zhuǎn)換效率，有效增強了訊噪比并保有高解析的圖像訊息。 2014年，低溫電子顯微鏡圖片的分辨率穩(wěn)步提高，并且在一些結(jié)構(gòu)中達到了接近原子級的分辨率，包括病毒，核糖體，線粒體，離子通道，和酶復(fù)合物，小至170kDa的一些結(jié)構(gòu)的分辨率達到4.5Å。 2017年，雅克·杜博歇、約阿希姆·弗蘭克及理查德·亨德森因其在低溫電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展而獲頒諾貝爾化學獎，得獎理由是“發(fā)展冷凍電子顯微鏡技術(shù)，以高分辨率呈現(xiàn)溶液中的生物分子結(jié)構(gòu)”。 2018年，已有一些文章發(fā)表的蛋白結(jié)構(gòu)，分辨率可達小于2Å。 三：低溫電子顯微鏡用途 File:Structure-of-Alcohol-Oxidase-from-Pichia-pastoris-by-Cryo-Electron-Microscopy-pone.0159476.s006.ogv 通過低溫電子顯微鏡觀察巴斯德畢赤酵母(Pichia pastoris)的醇氧化酶的結(jié)構(gòu) 低溫電子顯微鏡的實用性來源于它允許觀察未以任何方式被染色或固定的標本，在它們的自然環(huán)境中被顯示。這與X射線晶體學相反，需要使樣品結(jié)晶，這樣做可能是困難的，并將其置于非生理環(huán)境中，這偶爾會導(dǎo)致功能上無關(guān)的構(gòu)象變化。 GroEL的低溫電子顯微鏡圖像，以50000×放大倍率懸掛在無定形冰中 低溫電子顯微鏡在結(jié)構(gòu)生物學方面越來越受歡迎。此為重要的結(jié)構(gòu)生物學研究方法，與X射線晶體學（X-ray crystallography）和核磁共振（NMR）共同構(gòu)成高分辨率結(jié)構(gòu)生物學研究的基礎(chǔ)，在探究生物大分子結(jié)構(gòu)并揭示其功能方面極為重要。 (責任編輯：安尼儀器) |
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