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生物大分子三维结构

2014-12-06 11:04:28 作者:生物成像中心 来源: 浏览次数:0

      结构生物学是通过研究生物大分子的结构与运动来阐明生命现象的科学。X射线晶体学、核磁共振波谱学、电子显微三维重构(也叫电镜三维重构)是结构生物学的三大研究手段,具有不同的优势。核磁共振波谱学可以获得蛋白质在溶液中的三维结构,能够分析蛋白质的动态变化,但是研究对象的分子量通常难以超过20kD。X射线晶体学通常可以获得生物大分子原子分辨率的三维结构,但对于分子量较大的较复杂的生物复合分子体系,其晶体难以获得,结构解析难度也较大。当研究对象的尺度越来越大的时候,电子显微三维重构技术,特别是低温电 子显微三维重构技术,就显示出其重要的作用,利用该技术我们可以获得分子量巨大(200kD以上)的超分子复合体系的纳米分辨率三维结构,弥补晶体学和核 磁共振分析技术的不足,架起从蛋白质、蛋白质复合体、超分子复合体系到亚细胞系统的三维结构研究的桥梁。
    目前电子显微三维重构技术已成为研究蛋白质三维结构的重要手段。今后结构生物学研究的发展方向即将包括X射线晶体学、核磁共振、低温电子显微三维重构、荧光能量共振等在内的多种生物物理技术联合起来,弥补彼此之间的不足,将对蛋白质结构的理解放到蛋白质超分子复合体乃至整个细胞中去,从而最终在分子水平上理解细胞的结构,其中低温电子显微三维重构术起到了一个重要的纽带作用。用低温电子显微术和三维重构技术解析蛋白质超分子复合物的结构迄今已分化发展成三 种具有不同特点和适用范围的方法:电子晶体学(Electron Crystallography),单颗粒三维重构技术 (Single Particle Analysis) 和电子断层三维重构技术(Electron Tomography)。电子晶体学主要处理二维晶体样品;单颗粒三维重构技术主要解析具有全同性的蛋白质分子的三维结构;电子断层三维重构技术主要针对不具有全同性的超分子体系和亚细胞体系。
    中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心的重要研究方向之一就是利用先进的低温电子三维重构技术研究生物超分子复合体的高分辨率三维结构,具体包括两方面的内容:一、通过与其他课题组合作开展针对具有重要生物学意义的生物超分子复合体进行结构研究;二、针对低温电子三维重构技术中的关键技术问题(样品制备、高分辨率成像、图像处理)开展方法学研究,推广低温电子三维重构技术在生物大分子结构研究中的应用范围。
参考文献:
[1]. Zhang K., Zhang Y., Hu Z., Gang J. and Sun F. (2010), Development and frontier of electron microscopy 3D reconstruction. ACTA BIOPHYSICA SINICA, 26(7): 533-559.
[2].  Huang X., Song X. and Zhu P. (2010), Cryo electron tomography and its application to biological research. ACTA BIOPHYSICA SINICA, 26(7): 570-578.
[3]. Sun F. and Wang X. (2011), Application and aspect of cryo-electron microscopy for the structural study of membrane proteins. Chinese Bulletin of Life Sciences, 23(11): 1130-1139.

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