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冷冻电镜与结构生物学报告者：◆冷冻电镜在结构生物学上应用的历史沿革◆冷冻电镜的流程与工作原理◆冷冻电镜优点与局限◆冷冻电镜在现代生物学中的应用冷冻电镜与结构生物学3冷冻电镜是什么？冷冻电镜：应用冷冻固定技术，低温下使用透射电子显微镜观察样品显微技术，从而得到生物大分子的结构★20世纪70年代通过利用冷冻电镜研究病毒分子的结构，从而首次提出冷冻电镜技术的原理，方法以及流程的概念★20世纪90年代随着冷冻传输装置、场发射电子枪以及CDD成像装置出现，冷冻电镜单颗粒技术★20世纪初期发展至二十面体病毒的单颗粒三维重构技术★2014年利用冷冻电镜三维重构技术确定蛋白质TRPV1结构，标志着冷冻电镜跨入“原子分辨率”时代历史沿革：5冷冻电镜的流程：工作流程：样品的制备透射电子显微镜成像图像处理结构解析图1冷冻电子显微学解析结构基本步骤6冷冻电镜的工作原理：原理：样品经过在液氮中的冷冻固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃态的形式存在，保持低温，将样品放入显微镜，高度相干的电子作为光源从上面照射下来，透过样品和附近的冰层，受到散射，利用探测器和透镜系统把散射的信号成像记录下来，再进行信号处理，最后利用三维重构的技术得到样品的三维结构。7三维重构技术的原理：透射电子显微镜成像过程中,电子束穿透样品,将样品的三维电势密度分布函数沿着电子束的传播方向投影至与传播方向垂直的二维平面上。运用中心截面定理(图2),从而可以通过三维物体不同角度的二维投影在计算机内进行三维重构来解析获得物体的三维结构。图2中心截面定理8冷冻电镜优点：◆样品需求量少◆更接近生理状态◆适用研究对象广泛◆可以对不均一样品进行研究◆不需要对样品进行特殊化处理◆可获得不同构象或中间物的动态快照9冷冻电镜局限：◆设备昂贵◆样品的准备困难◆样品需冷冻，不是在室温下进行◆样品可能被过强的电子束损伤10冷冻电镜在现代生物学中的应用：1.研究那些不适合于应用X-射线晶体学和核磁共振波谱学的分子及其聚合物的结构如：Alzhiemer疾病的淀粉状蛋白纤维聚合物的结构2.研究生物大分子处于不同功能状态时的结构如：离子通道开关3.为X-射线晶体学结构解析提供初始分子置换模型及初始相位如：核糖体的三维结构11冷冻电镜在现代生物学中的应用：4.研究生物大分子复合物的结构如：病毒-受体复合物的结构5.研究细胞器甚至是活细胞的结构如:生物分子在运动过程中的结构和结构的变化12谢谢观赏