| 2020 年世界十大科技進(jìn)展新聞 |
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| 冷凍電鏡技術(shù)突破原子分辨率障礙 |
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冷凍電鏡揭示了去鐵鐵蛋白的原子細(xì)節(jié)
如果想繪制出蛋白質(zhì)最微小的部分，科學(xué)家通常需要使數(shù)百萬(wàn)個(gè)單個(gè)蛋白質(zhì)分子排列成晶體，然后用X射線晶體學(xué)分析它們；或者快速冷凍蛋白質(zhì)的副本，然后用電子轟擊它們，這是一種低分辨率的方法，叫做冷凍電鏡技術(shù)。
據(jù)《科學(xué)》報(bào)道，現(xiàn)在，科學(xué)家們第一次將冷凍電鏡的分辨率提高到原子水平，以精確定位各種蛋白質(zhì)中單個(gè)原子的位置，其分辨率可與X射線晶體學(xué)相媲美。
更佳的分辨率準(zhǔn)確揭示了復(fù)雜的細(xì)胞機(jī)器是如何工作的，這意味著冷凍電鏡的改進(jìn)可能會(huì)給生物學(xué)帶來無(wú)數(shù)新見解。
為了繪制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，科學(xué)家從20世紀(jì)50年代末就開始使用X射線晶體學(xué)。借助X射線轟擊結(jié)晶化的蛋白質(zhì)，并分析X射線的反彈方式，科學(xué)家可以計(jì)算出蛋白質(zhì)可能的構(gòu)成和形狀。幾十年來，X射線束、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)能力的改進(jìn)使這種方法變得快速而準(zhǔn)確。
但是，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)特別大、在核糖體等復(fù)雜的環(huán)境中工作或者不能結(jié)晶時(shí)，這種方法就不能很好地發(fā)揮作用。
研究人員使用冷凍電鏡對(duì)不需要結(jié)晶的冷凍蛋白質(zhì)副本發(fā)射電子，探測(cè)器記錄電子的偏移，精密的軟件將圖像“縫合”在一起，也可計(jì)算出蛋白質(zhì)的組成和形狀。
此前，日本的研究人員已經(jīng)表明，他們可以將一種叫作去鐵鐵蛋白的腸道蛋白質(zhì)的分辨率縮小至1.54埃——這還沒有達(dá)到可以區(qū)分單個(gè)原子的程度。
現(xiàn)在，在電子束技術(shù)、探測(cè)器和軟件進(jìn)一步的幫助下，來自英國(guó)和德國(guó)的兩組研究人員已經(jīng)將分辨率縮小到1.25埃或更小，這已經(jīng)足以計(jì)算出單個(gè)原子的位置。
增強(qiáng)的分辨率或使更多的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家選擇使用冷凍電鏡技術(shù)。目前，這項(xiàng)技術(shù)只適用于異常堅(jiān)硬的蛋白質(zhì)。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質(zhì)復(fù)合物（如剪接體）中達(dá)到類似清晰程度的分辨率。相關(guān)論文于2020年10月21日發(fā)表在《自然》。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2021年2月增刊 聚焦)