冷凍電鏡技術突破原子解析度障礙—新聞—科學網

2020-12-05 科學網

 

冷凍電鏡揭示了去鐵鐵蛋白的原子細節。圖片來源：PAUL EMSLEY

如果想繪製出蛋白質最微小的部分，科學家通常選擇不多：使數百萬個單個蛋白質分子排列成晶體，然後用X射線晶體學分析它們；或者快速冷凍蛋白質的副本，然後用電子轟擊它們，這是一種低解析度的方法，叫做冷凍電鏡技術。

據《科學》報導，現在，科學家們第一次將冷凍電鏡的解析度提高到原子水平，以精確定位各種蛋白質中單個原子的位置，其解析度可與X射線晶體學相媲美。

「看到這種程度的細節太不可思議了，它十分美麗。」美國密西根大學安娜堡分校冷凍電鏡技術專家Melanie Ohi說。更佳的解析度準確揭示了複雜的細胞機器是如何工作的，這意味著冷凍電鏡的改進可能會給生物學帶來無數新見解。

為了繪製蛋白質結構圖，科學家從20世紀50年代末就開始使用X射線晶體學。藉助X射線轟擊結晶化的蛋白質，並分析X射線的反彈方式，科學家可以計算出蛋白質可能的構成和形狀。幾十年來，X射線束、探測器和計算機能力的改進使這種方法變得快速而準確。

但是，當蛋白質特別大、在核糖體等複雜的環境中工作或者不能結晶時，這種方法就不能很好地發揮作用。

研究人員使用冷凍電鏡對不需要結晶的冷凍蛋白質副本發射電子，探測器記錄電子的偏移，精密的軟體將圖像「縫合」在一起，也可計算出蛋白質的組成和形狀。

此前，日本的研究人員已經表明，他們可以將一種叫作去鐵鐵蛋白的腸道蛋白質的解析度縮小至1.54埃——這還沒有達到可以區分單個原子的程度。

現在，在電子束技術、探測器和軟體進一步的幫助下，來自英國和德國的兩組研究人員已經將解析度縮小到1.25埃或更小。10月21日， 他們在《自然》上報告說，這已經足以計算出單個原子的位置。

增強的解析度或使更多的結構生物學家選擇使用冷凍電鏡技術。目前，這項技術只適用於異常堅硬的蛋白質。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質複合物（如剪接體）中達到類似清晰程度的解析度。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2829-0

 

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