冷冻电镜技术突破原子分辨率障碍

冷冻电镜技术突破原子分辨率障碍
冷冻电镜揭示了去铁铁蛋白的原子细节。图片来源:PAUL EMSLEY

如果想绘制出蛋白质最微小的部分,科学家通常选择不多:使数百万个单个蛋白质分子排列成晶体,然后用X射线晶体学分析它们;或者快速冷冻蛋白质的副本,然后用电子轰击它们,这是一种低分辨率的方法,叫做冷冻电镜技术。

《科学》报道,现在,科学家们第一次将冷冻电镜的分辨率提高到原子水平,以精确定位各种蛋白质中单个原子的位置,其分辨率可与X射线晶体学相媲美。

“看到这种程度的细节太不可思议了,它十分美丽。”美国密歇根大学安娜堡分校冷冻电镜技术专家Melanie Ohi说。更佳的分辨率准确揭示了复杂的细胞机器是如何工作的,这意味着冷冻电镜的改进可能会给生物学带来无数新见解。

为了绘制蛋白质结构图,科学家从20世纪50年代末就开始使用X射线晶体学。借助X射线轰击结晶化的蛋白质,并分析X射线的反弹方式,科学家可以计算出蛋白质可能的构成和形状。几十年来,X射线束、探测器和计算机能力的改进使这种方法变得快速而准确。

但是,当蛋白质特别大、在核糖体等复杂的环境中工作或者不能结晶时,这种方法就不能很好地发挥作用。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

研究人员使用冷冻电镜对不需要结晶的冷冻蛋白质副本发射电子,探测器记录电子的偏移,精密的软件将图像“缝合”在一起,也可计算出蛋白质的组成和形状。

此前,日本的研究人员已经表明,他们可以将一种叫作去铁铁蛋白的肠道蛋白质的分辨率缩小至1.54埃——这还没有达到可以区分单个原子的程度。

现在,在电子束技术、探测器和软件进一步的帮助下,来自英国和德国的两组研究人员已经将分辨率缩小到1.25埃或更小。10月21日, 他们在《自然》上报告说,这已经足以计算出单个原子的位置

增强的分辨率或使更多的结构生物学家选择使用冷冻电镜技术。目前,这项技术只适用于异常坚硬的蛋白质。下一步,研究人员将努力在刚性较小、较大的蛋白质复合物(如剪接体)中达到类似清晰程度的分辨率。[ 来源:中国科学报 作者:文乐乐]

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