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軍工航天新聞

激光可提高低溫電子顯微鏡的時間分辨率

星之球科技 來源:江蘇激光聯(lián)盟2021-08-09 我要評論(0 )   

導(dǎo)讀:蛋白質(zhì)時刻在運(yùn)動著,時刻在變化著??茖W(xué)家們利用低溫電子顯微鏡讓即使是在微秒內(nèi)“瞬息萬變”的蛋白質(zhì)亦能“有跡可循”。低溫電子顯微鏡其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn),有...


導(dǎo)讀:

蛋白質(zhì)時刻在運(yùn)動著,時刻在變化著??茖W(xué)家們利用低溫電子顯微鏡讓即使是在微秒內(nèi)“瞬息萬變”的蛋白質(zhì)亦能“有跡可循”。低溫電子顯微鏡其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn),有諸多應(yīng)用~





2017年,Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson因在低溫電子顯微鏡(Cryo-electronic microscopy,簡稱cryoEM)方面的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎,低溫電子顯微鏡是一種能夠以原子分辨率捕捉蛋白質(zhì)等生物分子圖像的成像技術(shù)。在cryoEM中,樣品被放在玻璃冰中——當(dāng)水快速結(jié)冰而無法結(jié)晶時形成的類似玻璃的冰。隨著樣品玻璃化,可以用電子顯微鏡拍攝它們分子結(jié)構(gòu)的高分辨率照片,這是一種使用電子束而不是利用光形成圖像的儀器。





▲圖片摘要 來源:DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812





cryoEM離我們的生活并不遠(yuǎn),它為生命科學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能。例如,它最近被用來繪制新型冠狀病毒刺突蛋白的結(jié)構(gòu)圖,有利于新冠肺炎疫苗的開發(fā)。





▲2020年研究人員繪制的新型冠狀病毒刺突蛋白在原子尺度上的3D“藍(lán)圖”。來源《Nature》





蛋白質(zhì)不斷改變著它們在細(xì)胞中的三維結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)象重排是蛋白質(zhì)完成其特殊功能所不可或缺的,并且在很短的時間內(nèi)即可完成(百萬分之一到千分之一秒)。這種運(yùn)動可以說是“瞬息萬變”,以至于目前的cryoEM協(xié)議無法對其進(jìn)行實(shí)時觀察,這使得我們對蛋白質(zhì)的理解并不全面。





但是,由洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院的Ulrich Lorenz領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家小組開發(fā)了一種cryoEM方法,在《Chemical Physics Letters》上公開了他們的成果,可以捕捉微秒(即百萬分之一秒)內(nèi)的蛋白質(zhì)運(yùn)動圖像。該方法包括用激光脈沖快速熔化玻璃化樣品。當(dāng)冰融化成液體時,有一個可調(diào)的時間期,研究人員利用此時間可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì),使其以在細(xì)胞自然液態(tài)里的方式進(jìn)行移動。





來源:Jonathan M. Voss et al, Rapid melting and revitrification as an approach to microsecond time-resolved cryo-electron microscopy, Chemical Physics Letters (2021).DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812



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