发布时间:2021-11-17 15:25 原文链接: 研究提出低降温速率冷冻制样消除蛋白质快速漂移

  近期,QRB discovery在线发表了中国科学院生物物理研究所研究员章新政课题组题为Low-cooling-rate freezing in biomolecular cryo-electron microscopy for recovery of initial frames的研究论文。研究发现了在冷冻电镜成像过程中导致电子束诱导蛋白质样品快速漂移的新机制,并提出通过降低冷却速率制备无快速漂移的冷冻电镜样品的新方法。该方法可以有效恢复辐照损伤最少,含最多高分辨信号的成像数据质量,提升重构分辨率,实现辐照损伤敏感氨基酸的高分辨重构,高分辨信号的恢复也为冷冻电镜达到原子分辨率奠定了基础。

  1980年代,有科学家把含水样品快速投入到-183℃的液态乙烷中,制备包埋在玻璃态冰中的低温样品来减少生物样品受高能电子束照射产生的损伤。一般认为,降温速率越快越容易产生玻璃态冰,但是玻璃态冰中的蛋白质在电子束照射初期会产生快速漂移,无法矫正,使冷冻电镜前几帧成像模糊而无法有效应用于三维重构。电子束曝光初期的冷冻电镜数据具有最小的辐照损伤,含有最主要的高分辨信号,所以电子束诱导的快速漂移是实现原子分辨率结构解析以及易辐照损伤氨基酸高分辨重构所需要克服的壁垒,有科学家称其为冷冻电镜中的“Key outstanding problem”。

  经过近5年的攻关,研究人员发现快速漂移源自玻璃态冰在急速冻结时产生的应力,该应力和过高的降温速率相关,可以通过降低冷却速率来减少。通过优化冷冻制样技术,降低冷冻过程中样品的降温速率,研究实现了蛋白质快速漂移的消除(如图)。在降低冷却速率制备得到的冷冻样品中,数据分析展示出冷冻电镜前几帧数据被有效恢复,从恢复的电子密度图中可以清晰看到在普通冷冻样品结构中无法得到的辐照损伤敏感的氨基酸侧链信息。


相关文章

新探针可实现对蛋白质N端组学深度富集检测

中国科学院上海药物研究所研究员黄河、柳红合作,研究设计合成了一种含有吡啶甲醛片段的可断裂分子探针2PCA-Probe,可实现对蛋白质N-端的深度富集检测。相关研究发表于《美国化学会志》。蛋白质水解是一......

预测蛋白质“糖衣”形态有了新方法有助于药物研发

2月29日,德国、波兰、法国与中国台湾组成的科研团队在学术期刊《细胞》发表成果,开发出能在几分钟之内预测蛋白质“糖衣”形态的新型计算方法,有助于进一步了解蛋白质在健康和疾病中的作用,帮助药物与疫苗研发......

科学家成功解析叶绿体基因转录蛋白质机器构造

叶绿体中的光合作用将光能转化为化学能,吸收二氧化碳,释放氧气,是地球生物圈的重要塑造者。叶绿体约在15亿年前通过蓝藻内共生进化而来。在进化过程中,叶绿体基因要么被废弃,要么逐渐转移到细胞核染色体中,导......

人与猿类如何在进化中“甩掉”尾巴

猴子有尾巴,而人类和猿类的尾巴却在进化中消失了,是什么在其中起了关键作用?《自然》28日发表的一篇论文,报道了人类和猿类演化掉尾巴的遗传学基础。灵长类动物尾部表型的系统发育树(Ma表示百万年前)。图片......

应激诱发仔猪肌肉生长阻滞分子机制研究获新进展

集约化养殖过程中,免疫应激普遍存在于断奶仔猪饲养环节,会导致仔猪肌肉蛋白质降解和生长阻滞,最终严重影响肥育阶段产肉率和肉品质,给养猪业带来巨大经济损失。因此,有效缓解仔猪免疫应激是当前养猪生产亟待解决......

研究发现蛋白质摄入过量不利于动脉健康

美国匹兹堡大学医学院的研究人员发现,摄入过量的膳食蛋白质会增加动脉粥样硬化风险。研究结果发表在19日的《自然·新陈代谢》杂志上。该研究结合了小型人体试验、小鼠实验和培养皿中的细胞实验。结果显示,当膳食......

Nature:2024年值得关注的七项技术,它是核心

随着人工智能(AI)技术的不断突破和大型模型的层出不穷,AI受到了前所未有的关注。面对这一浪潮,人们不禁好奇:未来究竟会是什么样子?为了解答这一问题,《Nature》杂志发布了未来的一年里,将密切关注......

替代性蛋白质或为碳减排开辟新天地

荷兰科学家研究认为,到2050年,用替代性蛋白质取代50%的动物产品,可以腾出足够的农业用地生产可再生能源(其能量相当于今天的燃煤发电),同时从大气中去除大量二氧化碳。相关研究近日发表于环境科学期刊《......

Nature发布2024年值得关注的七大技术,首位中国科学家成果入选

2024年1月22日,《自然》发布了2024年值得关注的七大技术——大片段DNA插入、人工智能设计蛋白质、脑机接口、细胞图谱、超高分辨率显微成像、3D打印纳米材料和DeepFake检测。七大技术中,生......

安捷伦推出全新ProteoAnalyzer系统

自动化平行毛细管电泳系统可简化蛋白质分析2024年1月17日,北京——安捷伦科技公司(纽约证交所:A)今日宣布在第23届PepTalk会议期间正式发布用于蛋白质分析的新型自动化平行毛细管电泳系统——A......