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新型显微镜可直接观察原子核糖体

  显微镜(microscope)如今已经成为一种极为重要的科学仪器,广泛地用于生物学、化学、物理学、冶金学、酿造等各种科研活动中。据报道,科学家已经研究出新型电子显微镜,该显微镜能够观察到接近原子水平的线粒体核糖体(mitochondrial ribosome)的结构,在显微镜的发展史上具有里程碑的意义。

  最近英国分子生物学MRC实验室(MRC Laboratory of Molecular Biology)的科学家,他们使用单个粒子降临的cryo-EM研究酵母线粒体核糖体大亚单元的结构,0.32 nm分辨率能够使其在接近原子水平给出一个近乎完整的三维构型图像,其包括了39种蛋白质,其中有13中蛋白质是线粒体独有的,而且还有扩张的线粒体多糖体RNA(mitoribosomal RNA)片段。得到如此庞大的(3 MD即3-megadalton)生物机器近原子水平的图像,既不需要蛋白质结晶,也不需要广泛净化,所以这种分析方法被认为在电子显微镜发展史上具有里程碑意义。

  这种核糖体在真核线粒体(eukaryotic mitochondria)中发现。它不同于酵母细胞质中的核糖体和其他真核生物细胞中的核糖体,也不同于细菌核糖体。由2009年诺贝尔化学奖得主万卡特拉曼?莱马克里斯南(Venkatraman Ramakrishnan)、托马斯?施泰茨(Thomas A. Steitz)和阿达?尤纳斯(Ada E. Yonath)曾经得到了核糖体三维X-射线晶体结构。新的分辨率在0.32nm的线粒体核糖体结构是由万卡特拉曼?莱马克里斯南等人合作完成。

  低温电子显微镜(cryo-EM)虽是结构生物学研究中的重要工具,但其潜力还未充分发挥出来。近期的技术进步大大提高了cryo-EM的分辨率,正在重振这一领域。在单粒子cryo-EM实验中,大分子集合体被冷冻在一层薄薄的冰中,并用电子显微镜成像。单个集合体的数千至数百万幅图像必须经过计算机比对和合并,以获得一个三维结构。

  与X射线晶体衍射相比,cryo-EM的一个明显优势就是不需要结晶,这大大拓宽了其研究领域,使生物大分子及其复合物的构象研究成为可能。
 

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