$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
По сравнению с традиционными методами NS, маркировок может предотвратить ROULEAUX артефакты (рисунок 1 и 9), обеспечивающие надежную и разумную высоким разрешением (~ 1 нм) структурные детали небольших белков (рисунок 2). По сравнению с крио-ЭМ, маркировок обеспечивает высокую пропускную способность и метод может исследовать широкий спектр белков и белок-белковых взаимодействий 6. Тем не менее, маркировок еще имеет свои недостатки. По сравнению с обычными NS, маркировок влечет: I) более сложные шаги в подготовке образцов; II) с использованием радиоактивного вещества, UF; III) по поддержанию пятно свежей вследствие более короткого потенции UF пятна, потому что его чувствительность к свету; IV), чтобы предотвратить осаждение раствора UF должны храниться в -80 ° С, и требуется оттаивание перед использованием; V) и, наконец, все UF необходимо обращаться как с опасными отходами. По сравнению с крио-ЭМ, маркировок обеспечивает относительно низким разрешением и никакой ответственности за еще не открытой артефактав будущем.
Работа NS процессуальные влияние на формирование липопротеинов монетных столбиков
Протоколы NS для подготовки белки на экспертизу 16,29-36,55 можно разделить на три основные группы методов 50: смешивания 55, занесите по-капли 16 и стиральных процедур 29. я) Протокол смешивания требует предварительного смешивания красителей и белков образца в определенном соотношении, и затем применяя смешанный раствор на углеродной пленки, покрывающей сетке, наконец удаления избытка раствора фильтровальной бумагой перед воздушной сушки для экспертизы EM 55. II) Протокол падение на капли включает в себя применение (~ 4 мкл) образца капли непосредственно к EM сетки, покрытой углерода позволяя сидеть в течение ~ 1 мин, с последующим удалением избытка раствора образца перед нанесением капли (~ 4 мкл) пятна Решение на той же стороне сетки. После ~ 1 мин инкубации, удалить excesс пятном через контакт с чистой фильтровальной бумаги, наконец представления для сушки на воздухе 16,56-58. III) Протокол стиральная (фиг.7), что требует применения раствора образца к EM сетки, покрытой углеродом в течение 1 мин, затем промывают деионизированной водой три раза сразу после удаления избытка раствора каждый раз фильтровальную бумагу 3,29,30. Маркировок протокол был изменен от этой процедуры промывки.
NS виды пятен и влияние на формирование липопротеинов монетных столбиков
В NS, сильнее рассеяние электронов за счет тяжелых металлов пятен обеспечивают контраст от белков 17-20,59. Образцы NS может дополнительно страдают больше дозы облучения, и повышения возможностей белка с помощью острее отрицательной отличие 8,9,60. Пятна тяжелых металлов могут быть классифицированы как: анионные, в том числе фосфорно-вольфрамовой кислоты (PTA) 16, метиламин вольфрамата 14 и кремний вольфрамата 61; и катионовIC, такие как уранилацетатом (UA) 62, UF 3,29,30, и уранилнитрата (ООН) 63. Один из анионных пятен NS, который наиболее часто используемых является ПТА 33,64-67. РТА является гетерополикислота, который обычно используется во всем рН 7,0 - 7,5. РТА также может быть использован для положительного окрашивания 3,16,68. Негативные заряды ПТА может посредничать электростатические взаимодействия с ненасыщенными липидами положительно заряженных головных групп, как РОРС, с обеих липопротеинов и липосом поверхностей. PTA может привести ROULEAUX образование через этого взаимодействия 29,30 даже под обычной буфер солености 29,30 (рисунок 1). Уранила пятна, такие как UA, UF и ООН альтернативные варианты для катионных тяжелых металлов пятен и UA, в частности, часто используемых для NS разнообразных биологических образцов 62,69,70. Эксперименты найдено UF не вызывает ROULEAUX липопротеинов, которые содержат ненасыщенные липиды жира кислот, такие как РОРС. Тем не менее, UF может еще вызвать RouleОбразование AUX на липопротеинов, которые содержат насыщенные липиды жирных кислот, такие как димиристоил фосфатидилхолин (ДМФХ) и 1-гексадеканоил-2-октадеканоил-Sn-глицеро-3-фосфохолин (PSPC). Подробное механизм этого взаимодействия не известно. UA / UF / ООН может все работы при более низких значениях рН в пределах от 3,5 до 4,6. Такие более низкие величины рН не могут подходить для определенных биологических макромолекул, которые чувствительны к рН 14,71. Интересно, UA / UF может исправить структуру белка в течение нескольких миллисекунд через неизвестного механизма 72. В отличие от ОТА, UA / UF больше похож на соль, чем кислоты.
UF сообщениям может обеспечить лучшие результаты, чем UA 73, в котором, UF и ООН пятна имеют меньшие размеры зерен, чем UA (UF: 0,3 нм, ООН: ~ 0,5 нм) 3,74. Интересный пример, вторичную структуру, как детали небольшой белок (53 кДа СЕТР) может быть непосредственно визуализировать из сырых микрофотографий при УФ был использован в качестве отрицательного пятна реагентом, следуяРанее сообщалось, крио-положительный-окрашивание (крио-PS) метод (Рисунок 8) 6. В крио-PS, окрашенных образец заморожены, следуя крио-ЭМ процедуру подготовки образца вместо процедуру сушки в протоколе маркировок, которые могут вызвать вторичный структурный коллапс. Крио-PS является способ высокой контрастностью и изображений с высоким разрешением малых белков 75. Поскольку изображения крио-PS, изменил контраст по сравнению с теми из отчетном протокола 22 крио-НС, но есть последовательное контрастность изображения для тех, от обычных изображений крио-ЭМ, таким образом, он был назван метод крио-PS. Изображения крио-PS показывают, что окрашивающий реагент, уранила формиат, проникает в молекулярную поверхность, бросая вызов традиционный взгляд, что окрашивание может визуализировать только внешнюю структуру поверхности. Механизм, как уранила формиат проникает в поверхность молекулярную неизвестно. Одна возможность состоит в том, что катион уранила связывает свободные карбоксильные группы белков, и, таким образомокружающих стекловидного льда имеет более низкую плотность, чем окрашивание белка и уранила групп, таким образом, действуя в качестве положительного пятна. Метод крио-PS похож на метод множественного изоморфного замещения (MIR), который был общий подход к решению фазовой проблемы в рентгеновской кристаллографии 76-78. В МИР, образцы кристаллов замачивают с тяжелым решения атома, в том числе урана, чтобы получить изоморфный форму исходной форме. Добавление тяжелого атома иногда не влияет на образование кристаллов или единицы измерения элементов, но предоставляет дополнительную информацию определения кристаллической структуры 76-78. По выгоду от небольшой зерна UF, крио-PS может обеспечить высокую контрастность и изображение высокого разрешения из одного белка, что очень важно для структуры белка исследований, особенно если учесть, что почти все белки, естественно, динамичный и гетерогенная в растворе. Для проверки этого метода крио-PS, мы открываем для любого слепого тестирования от ЭМ поля.
Концентрация соли воздействие на формирование монетных столбиков липопротеидов
Использование традиционных PTA отрицательный окрашивающий реагент, формирование наблюдается ROULEAUX более вероятно, связано с липидных взаимодействий вместо взаимодействия белка. Визуализация образцы POPC липосом пузырьков, подготовленных под значительным солености (0,5 М NaCl), умеренный солености (0,25 М NaCl), относительно слабый солености (0,1 М NaCl), и чистой воды (рисунок 9), электронные микрофотографии показывают формирование ROULEAUX было коррелирует с концентрацией соли (9А - D). Использование UF как отрицательный окрашивающий реагент, не ROULEAUX не наблюдалось в POPC липосомы пузырьков образца 30 (Рисунок 2 л), что свидетельствует о процедуру промывки, чтобы быстро уменьшить концентрацию соли прямо перед окрашивание необходимо, но не самостоятельно достаточно шагом для предотвращения ROULEAUX в РОРС связанной Образцы.
томография ТЕМ небольшой белок требует фокусировки состояние почти Scherzer.
Успешное TEM изображений малых белков с более высоким разрешением требуется два критических условий, надлежащее выравнивание луча и состояние сбора внимание почти Scherzer. я) собственно высоты света фар можно судить через количество видимых колец Тон (спектра мощности) о передаче Фурье углеродной пленки изображения, полученного при относительно высокой расфокусировки. Чем лучше состояние выравнивание луча, тем больше колец Тон могут быть визуализированы и измеримыми .. II) Получение изображения при ближайшем-Scherzer внимания еще один важный состояние. Традиционный стандартная стратегия для визуализации биологических образцов, как правило, использует высокую расфокусировки (1 - 2 мкм и даже больше), усиливающие биологический образец контрастность изображения 79. Эта стратегия является существенным отличается от типичной стратегии для визуализации структуры атомарного разрешения твердых материалов, которые частоиспользует ближний фокус Scherzer (~ 50 нм) расфокусировки. Хотя, выше расфокусировки может усилить биологическую контраст образца, сигналы с высоким разрешением будут частично устранены. В результате, соучастие высокого разрешения сигнала будет ниже при более высокой состоянии изображений расфокусировки. Причина в том, что, ПЭМ-изображение есть свертка структуры образца и прибор CTF. ЦФК является осциллирующей кривой по отношению к частоте, на которой кривая часто колебалась пересечении нулевой амплитуды на высокой частоте. Каждый раз, когда ЦФК через нуль, образец структурная сигнал на этой конкретной частоты будут устранены (ноль раз любое количество будет равно нулю). Устранены сигнал на этой частоте не может быть выделен любым алгоритмом коррекции CTF (нулевой деленное на ноль может быть любое случайное число вместо оригинального структурного сигнала). При более высоком изображений расфокусировки, ЦФК будет колебаться гораздо более активно, таким образом, ЦФК пересекает нулевую амплитуду чаще, в результате чегоструктурные сигналы на большее количество конкретных частотах будут устранены. Чем больше сигналов, которые устранены, тем меньше соучастие изображение будет иметь. Примечательно, что соучастие изображения не могут быть восстановлены или исправить любой коррекции CTF. Тем не менее, количество незавершенного изображений, полученных при различных дефокусирует могут быть использованы, чтобы заполнить пробелы их друг с другом, чтобы полученной заполненной структурной сигнала структуры образца с помощью метода усреднения, в котором даже атомное разрешение может быть достигнуто 9-12.
Метод усреднения представляет собой мощный подход к достижению структуру некоторых высоко симметричных белков и структурно родственных белков жестких. Тем не менее, он все еще остается сложной в структурном исследовании малых и асимметричных белков, особенно для структурной динамики и гибких белков, таких как антитела и ЛПВП. Усреднение основан на предположении, что белковые частицы идентичны по структуре и конформации, но диили цепи в ориентации, однако многие белки, как известно, подвергаются термодинамической флуктуации в растворе. Применяя метод усреднения без предварительного зная белковые термодинамических флуктуаций флуктуации, усредненная структура может часто вызывать отсутствует домены 10,80 или локальное изменение в резолюции 81 в крио-ЭМ реконструкций.
Успех в достижении 3D реконструкции небольшого белка, такие как 53 кДа СЕТР, и 3D структура одного белка, такие как 160 кД антитело IgG1, выгоды от используя условие формирования изображения вблизи фокуса-Scherzer в надлежащем состоянии выравнивания. Хотя контраст изображения кажется низкой в ближайшем Scherzer фокус изображений, контраст может быть легко повышена путем простого применения фильтрации нижних частот, чтобы уменьшить высокочастотный шум в фоновом режиме. Мы считаем, почти Scherzer сосредоточиться изображения несут максимальные структурные сигналы, и может увеличить точность выравнивания частиц и повышения Эффифективность в одночастичном 3D реконструкции и реконструкции электронов томографии отдельной частицы.