【摘要】 结构生物学的目的是通过确定蛋白质原子的排列来推断蛋白质的功能。

结构生物学的目的是通过确定蛋白质原子的排列来推断蛋白质的功能。几十年来，X射线晶体学是结构生物学中最主要的技术，使我们能够在原子水平上可视化大量的蛋白质结构。单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）是作为X射线晶体学之外的尖端技术开发的，它需要的样品少，且不需要结晶。由于电子检测和数据处理的革命性发展，冷冻电镜被广泛用于确定不易结晶的蛋白质结构。然而，冷冻电镜仍然无法获得原子级的细节，因此仅限于将大而刚性分子成像到2-4 Å分辨率。为了克服冷冻电镜中的原子分辨率障碍，两个独立的团队Nakane等人[1]和Yip等人[2]利用冷冻电镜数据收集的最新技术进步，获得了有史以来最清晰的核铁蛋白图像。这使得两个团队能够以前所未有的~1.2 Å分辨率产生载铁蛋白的冷冻电镜结构。在这个分辨率下，蛋白质中的单个原子可以明确定位。首次通过使用单粒子冷冻电镜实现了真正的原子分辨率，这是结构生物学史上的一个重要里程碑。Holger Stark使用一组不同的技术以1.25 Å分辨率生成了apoferritin的冷冻电镜图谱，显示出与MRC团队确定的图谱相似的原子细节。值得注意的是，作者提到，他们可以从仅收集1小时的数据中实现54.2 Å分辨率的载铁蛋白重建，这表明单颗粒冷冻电镜已逐渐成为结构测定的高通量方法。单粒子冷冻电镜的新硬件发展代表了冷冻电镜领域继“分辨率革命”之后的又一重大突破，并且肯定会在未来几年为大型和刚性复合物或具有高对称性的复合物（如载铁蛋白）带来丰富的原子冷冻电镜结构。这些宝贵的原子结构信息将在很大程度上促进我们对蛋白质如何实现其功能的理解，并最终帮助研究人员设计副作用最小的有效药物。此外，在更好的冷冻电镜图像的帮助下，许多以前不适合冷冻电镜分析的挑战性样品，如小可溶性蛋白质（<50 kDa）或无特征的膜蛋白，现在可以确定为接近原子分辨率（2-4 Å）。

  • Nakane T , Kotecha A , Sente A ,et al.Single-particle cryo-EM at atomic resolution[J].Nature, 2020, 587(7832):1-5.
  • Yip K M , Fischer N , Paknia E ,et al.Breaking the next Cryo-EM resolution barrier - Atomic resolution determination of proteins![J].Cold Spring Harbor Laboratory, 2020.

 科学指南针通过互联网技术建立更可靠的服务标准，全国31个办事处，20个城市拥有中大型实验室，最好的设备、最专业的老师为您服务。