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产品详情
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好仪器找  加拿大28实力群  6208889低温电子显微镜



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低温电子显微镜,加拿大28实力群客服号1302380888  通过电子束对冷冻的生物分子进行成像,从而得到分子的三维结构。

它能够对蛋白的多种构象进行成像,帮助科学家们推断蛋白的功能,未来会成为解析蛋白结构的主流选择,会成为结构生物学的主流。 [1] 生物仪器

低温电子显微镜,通过电子束对冷冻的生物分子进行成像,从而得到分子的三维结构。

目前,低温电子显微镜非常敏感,一声喊叫就会带来极大误差,导致实验失败。

世界上最先进的低温电子显微镜之一:位于英国医学研究委员会分子生物学实验室(UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, LMB),770万美金,外形笨重,是个大约3米高的金属盒子通过连接细胞的橙色缆线,可以传输以万亿字节计算的数据。 [1]

低温电子显微镜历史

低温电子显微镜震惊学界

低温电子显微镜震惊了结构生物学。过去30年里,低温电子显微镜揭示了核糖体、膜蛋白和其它关键细胞蛋白的精细结构。这些发现都发表在顶级杂志上。结构生物学家们表示,毫不夸张地说,低温电子显微技术正处于革命之中:低温电子显微镜能够快速生成高分辨率的分子模型,这一点远超X射线晶体衍射等方法。依靠旧方法获得诺奖的实验室也在努力学习这一技术。这种新模型能够准确地揭示细胞运行的必要机制,以及如何靶向针对疾病相关的蛋白。

“低温电子显微镜能够解决很多以前无法解决的谜题。”旧金山加利福利亚大学(University of California)的结构生物学家David Agard这样说道。

几年前Scheres被招进LMB,任务是帮助改进低温电子显微镜,最终他成功了。上个月,他们发表了这个领域最令人振奋的成就:相关的酶的高清图片,图片包括该酶的1200左右个氨基酸,分辨率达到零点几纳米。

生物学家们如今仍在努力发展该技术,以期用它解决小分子或可变形分子的精微结构——这对低温电子显微镜来说,也是一大挑战。来自加利福利亚大学的结构生物学家Eva Nogales表示,低温电子显微镜打开了一扇大门。

低温电子显微镜艰难发展

X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具,但是它有较大的限制。科学家们可能需要几年才能找到把蛋白形成大块结晶的方法。而很多基础蛋白分子,例如嵌在细胞膜上的蛋白,或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。

20世纪80年代和90年代,低温电子显微镜领域发展迅速。一个关键性突破是利用液态乙烷来快速冷冻蛋白溶液。这也是为什么叫低温电子显微镜的原因。这个技术的分辨率仅为1纳米,远远达不到针对蛋白结构进行药物设计的需求。而当时X射线晶体衍射的分辨率能达到0.4纳米。NIH等资助者投入了数亿美金来支持蛋白晶体领域的发展,但对于低温电子显微镜领域的资助却很少。

1997年,Henderson参加了高登研究会议(Gordon Research Conference )关于3D电子显微镜的年会。一位同事以这样的话做为开幕致词,“低温电子显微镜技术非常有限,不可能超越X射线晶体衍射。” 但Henderson的想法完全不同,在下一场发言中,他做出了反击。Henderson指出,低温电子显微镜会超越其它各种技术,成为全球研究蛋白结构的主流工具。

低温电子显微镜革命开始

在此之后,Henderson等人致力于提高电子显微镜的性能——尤其是感知电子的灵敏度。在数码相机席卷全球很多年后,很多电子显微镜学家仍然倾向于使用传统的胶片,因为比起数码感应器,胶片能更有效地记录电子。与显微镜生产商合作时,研究者们发明了一种新的直接电子探测器,这种探测器的灵敏度远高于胶片和数码相机探测器。

大约在2012年,这种探测器能够以一分钟几十帧的高速得到单个分子原子的连续图像。同时,和Scheres一样的研究者们精心编写了将多张2D图片建成3D模型的软件程序。这些3D图像的画质可以媲美X射线晶体衍射获得的图像。

低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子,这些分子能够承受电子的轰击,而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖,这些工作花了几十年。近几年,低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。多个团队研究了多种生物的核糖体,包括人类核糖体的首个高清模型。X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室,Venki获得了2009年的诺奖。Venki表示,对于大分子来说,低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。

这几年,低温电子显微镜的相关文章有很多:2015年一年,这个技术就用于100多个分子的结构研究。X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像,但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像,帮助科学家们推断蛋白的功能。

5月,多伦多大学(University of Toronto)结构生物学家John Rubinstein等人使用了100,000张低温电子显微镜图片来生成V-ATPase 的“分子电影”,V-ATPase的作用是消耗ATP,把质子运进运出细胞液泡。”我们发现,这个酶非常灵活,可以弯折、扭曲和变型。” Rubinstein说道。他认为,这是由于这个酶的灵活性,它能够高效地把ATP 释放的能量传递到质子泵。

2013年Nogales的团队拼接了调控DNA转录成RNA的复合体的结构。他们发现,复合体的一个臂上悬挂着紧绕DNA链的10纳米结构,这段结构可能影响基因转录。Nogales表示,这个结构很漂亮,它可以帮助我们分析这个分子起作用的机制。









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