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冷冻电镜综述ppt下载

素材编号:
330582
素材授权:
免费下载
素材格式:
.ppt
素材上传:
chenshuyan
上传时间:
2019-01-11
素材大小:
10.09 MB
素材类别:
医疗疾病课件PPT
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冷冻电镜综述ppt

冷冻电镜综述ppt免费下载是由PPT宝藏(www.pptbz.com)会员chenshuyan上传推荐的医疗疾病课件PPT, 更新时间为2019-01-11,素材编号330582。

这是冷冻电镜综述ppt,包括了生物电子显微术的发展,传统样品包埋处理负染法,现代样品包埋处理冰冻法,冰的物理状态,冷冻电子显微术,如何冷冻包埋样品,电镜观测和记录等内容,欢迎点击下载。

冷冻电镜在生物医学中的应用
尹长城
北京大学基础医学院生物物理学系
北京大学蛋白质科学中心
生物电子显微术的发展
1950’s  Hall, Huxley & Brener (Oxford)发明了负染技术;研究了生物材料。-分辨率2 nm.
1960’s  Klug (MRC-Cambridge) 提出电子显微图像的三维重构理论;解析了T4噬菌体的结构。-1982 诺贝尔化学奖。
1970’s  Henderson & Uniwin (MRC-Cambridge) 建立了电子晶体学;解析了第一个膜蛋白bacteriorhodopsin的结构。-分辨率0.7 nm.
1980’s  Adrian & Dubochet (EMBL)发明了快速冷冻技术- 冷冻电子显微术诞生。-分辨率0.2 nm.
Why high resolution?
Why high resolution?
传统样品包埋处理-负染法
用重金属染料堆积在分子周围,反衬出分子结构
优点:衬度大,易于观察
缺点:
染料颗粒较大,不能渗入分子内部
 外部形貌,缺乏细节
样品脱水
 分子变形,结构失真
分辨率低,2 nm
结构是低分辨的、失真的结构!
现代样品包埋处理-冰冻法
将样品快速的冷冻在玻璃态的冰中
优点:
样品含水
 天然状态
结构与在溶液中相同
  真实结构
分辨率高,0.2 nm
结构是高分辨的、保真的结构!
冰的物理状态
冰可以多种物理状态存在
六角形冰
立方体冰
玻璃态冰
玻璃态冰是一种无定形状态
保持生物分子的天然结构
提供生物分子所需的水分
冰的物理状态与水的冷冻速率有关
在极高的冷冻速率(>104 ºC/s),水形成玻璃态的冰
冷冻电子显微术 (cryo-electron microscopy)
主要步骤
样品冷冻,将样品快速包埋在玻璃态冰中
样品转移,将样品转移到液氮或液氦冷却的低温冷台中
样品观测及图像采集,在液氮或液氦温度进行
应用计算机进行图像处理和三维重构
如何冷冻包埋样品?
Why cryo-electron microscopy?
冷冻包埋的质量控制
电子剂量对图像质量的影响
电镜观测和记录
由于样品在辐射下产生损伤,观测时须采用低剂量技术(low dose technique)
一般控制电子剂量 ≤ 20 e/Å2
低剂量技术
寻找在低倍下进行 (1-3k)
聚焦在照像区域的相邻区域进行 (100-300k)
记录区域仅在照相时受到辐射 (30-60k)
Low-dose technique
电镜与图像三维重构
Electron Microscopy Why do we need 3D information?
三维图像重构
在电镜下观察样品时,所看到的是样品在垂直于电子束方向的投影(二维信息)
要得到样品的三维结构,须将投影信息(二维信息)转变为三维信息
将二维信息组合得到三维信息并得到三维结构的过程称为三维图像重构
三维重构基本原理 -中央截面定理
三维函数投影的傅立叶变换(Fourier transform) 等于该三维函数傅立叶变换在垂直于投影方向的中央截面
在电镜下,物体沿电子束方向投影的傅立叶变换是该物体三维傅立叶变换在垂直于电子束方向的中央截面
The principle of 3D reconstruction
The effect of sampling
电镜三维重构的方法
生物电镜三维重构方法
 方法 研究对象     对象特点     分辨率
电子晶体学   1. 二维晶体        周期排列             0.19 nm
                    2. 管状晶体                                     0.40 nm
单颗粒技术   1. 病毒                 全同粒子             0.33 nm
                    2. 大分子复合体                              0.40 nm
断层成像术   1.细胞器/细胞     单一结构              4.0 nm
            2. 组织切片
冷冻电镜在生物医学中的应用
乙酰胆碱受体(AchR)通道
已知:
配体门控通道(乙酰胆碱)
由5个亚基组成 ()
5个亚基围成一个孔(通道)
每个亚基含4个-螺旋 (M1-M4)
M2与形成通道有关
配基(乙酰胆碱)结合部位位于亚基上
未知:
为什么AchR是一个阳离子通道?
为什么M2与形成通道有关?
通道的门控机制是什么?
乙酰胆碱的突触间隙释放 与实验模拟
AchR的三维结构 (Unwin, Nature 423, 949, 2003)
AchR通道门的结构 (Unwin, MRC-Cambridge)
AchR通道门的结构 (Unwin, MRC-Cambridge)
孔道的门由疏水性氨基酸形成,直径8Å
水化离子可以通过
门由亚基之间疏水相互作用锁住
门开放时需打断
通道入口含带负电的氨基酸,形成阳离子选择性滤器
AchR是一个阳离子通道
AchR的门控机制 (Unwin, Nature 373:37, 1995)
HIV对宿主的感染机制
戊型肝炎病毒的结构 (PNAS,106:12992-12997,2009)
戊型肝炎病毒衣壳蛋白的结构 (PNAS,106:12992-12997,2009)
Conclusion
Structure can tell us how a molecular machine assembles (HEV & Flu)
Structure can tell us how a molecular machine works (nAchR)
Structure can tell us the mechanism of a biological process (HIV) 
The Nobel Prize in Chemistry 2009
北京大学冷冻电镜
国际先进水平
300kV场发射电子源
穿透力强(m)
分辨率高(nm)
配备齐全
计算机控制
自动化、高效率
冷冻制样装置
样品制备
4k4k CCD
图像采集
能量过滤器
降低噪音
三维重构软件
图像处理
三维重构
 

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