文档介绍：TheNobelPrizeinChemistry2017JacquesDubochetJoachimFrankRichardHenderson"fordevelopingcryo-electronmicroscopyforthehigh-resolutionstructuredeterminationofbiomoleculesinsolution".1科学背景结构生物学冷冻电镜cryo-EM核磁共振NMRX射线晶体学X-raycrystallography科技创新驱动学科发展2核磁共振(NMR)生物大分子结构解析的技术结构功能生物分子的原子排布蛋白功能X射线晶体衍射蛋白质数据库的十万多条蛋白词目里,超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术得到的3缺陷X射线晶体衍射需要将纯化后的生物样品进行晶体生长晶体生长时间久复杂的大分子物质难以获得晶体难以提取到关于蛋白质动态下的有价值信息核磁共振蛋白质在溶液中往往结构不稳定而难以获取稳定的信号能解析在溶液状态下的蛋白质结构4另一种方式:电子显微镜电子显微镜能够分辨非常微小的结构传统显微镜——一束光线电子显微镜——一束电子束流局限获得高分辨率图像所需的强烈电子束流会破坏生物材料样品强度降低成像质量下降需要真空腔,这样的环境使生物分子周围的水会迅速挥发,导致结构崩塌寻找新的成像技术51968年,剑桥大学MRC分子生物学实验室,AronKlug和DeRosier在Nature上发表了一篇关于利用电子显微镜照片重构噬菌体病毒尾部三维结构的论文,提出并建立了电子显微三维重构的一般概念和方法。AronKlug因此获得1982年诺贝尔化学奖。1974年,加州大学伯克利分校的RobertGlaeser和他学生KenTaylor首次提出冷冻电镜,并测试了冷冻含水生物样品的电镜成像,目的在于降低高能电子对分子结构的损伤,并因此实现高分辨成像。——冷冻电镜的雏形突破6成功地使用电子显微镜得到了原子层面分辨率的蛋白质三维结构图像,有力证明了用电子显微镜进行生物分子成像的潜力。细菌视紫红质三维立体结构图像(7Å)原子级分辨率的细菌视紫红质结构RichardHenderson7冷冻电镜单颗粒分析的鼻祖完成单颗粒三维重构算法及软件Spider冷冻电镜发展的基础JoachimFrank8重要贡献:在真空环境下使生物分子保持自然形状亨德森用葡萄糖保护(不能普遍使用)迪波什对生物样品进行玻璃化JacquesDubochet9保持蛋白溶液态结构获取二维投影图像从二维图像通过计算得到三维密度图10