蛋白结构生物学

结构生物学致力于研究生命系统中的大分子及其复合物的三维原子结构。在生命体内，生物大分子被组装成特定的三维结构以便执行其特定的功能。
赛默飞的冷冻电镜与质谱平台是生物大分子结构与功能研究的强大工具。

什么是电镜 -- 2017年化学奖得主的发明         电镜在生命科学中的应用         质谱研究蛋白结构的方法

1.   什么是电镜 -- 2017年化学奖得主的发明

2017年度诺贝尔化学学奖被授予三位科学家雅克·迪波什（Jacques Dubochet）、约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）、理查德·亨德森（Richard Henderson），以表彰他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子的结构。阅读新闻稿

冷冻电子显微镜，就是应用冷冻固定术，在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术。冷冻电子显微镜是重要的结构生物学研究方法，是获得生物大分子结构的重要手段。

具体操作时，先将样品冷冻起来然后保持低温放进显微镜，高度相干的电子作为光源从上面照下来，透过样品和附近的冰层，受到散射。再利用探测器和投射系统把散射信号成像记录下来，最后进行信号处理，得到样品结构。

2.   电镜在生命科学中的应用

用电子显微镜研究生命科学

更快地发现改变生活的答案

基本生命过程从单元格开始。为了了解细胞对疾病或遗传变异的作用和反应, 生命科学家从事细胞和结构生物学研究。细胞生物学探索各自的细胞和方式组织成器官和组织。结构生物学家深入研究了亚细胞成分、细胞器和大分子结构。

▶  用低温 EM 进行单粒子分析

利用低温 em 进行单粒子分析我们的高度自动化的低温 em 工作流用于单粒子分析, 使科学家能够在其本土状态下研究蛋白质复合体, 从而在更短的时间内更深入地洞察和理解。

精选视频
网络广播: 了解分子结构--更快更可靠地使用冷冻 EM
在这次网络广播中, 我们展示了新的热 Scientific™ Glacios™和 Krios™ G3i 低温系统在获取分子3D 结构方面的优点和应用。此网络广播专门针对那些对在单粒子分析 (SPA) 领域中的低温 EM 成像领域感兴趣的研究人员而量身定做的。

▶  用低温层析成像进行细胞分析

采用低温层析成像的细胞分析方法探讨了我们的低温层析成像工作流, 包括活细胞成像、玻璃体冷冻、低温荧光显微术、聚焦离子束显微镜和高分辨率电子低温层析成像样品细化。

精选文献下载
Assembly of a Nucleus-like Structure During Viral Replication in Bacteria（细菌病毒复制过程中核样结构的组装）

3.   质谱研究蛋白结构的方法

▶  非变性质谱（Native MS）

非变性质谱（Native MS）能够对在生理状态下的完整蛋白、非共价蛋白-蛋白相互作用和蛋白-受体复合物进行研究。对于蛋白质复合物来说，在高分辨率的情况下对精确质量进行测定，结果可以用来确认复合物的存在形式以及其他相关信息，比如测量亚基之间的化学计量学和解离常数等。对于单个完整蛋白来说，Native MS能够被用于检测蛋白存在的形式以及翻译后修饰（PTMs）。通过测量结果能够计算修饰的相对含量，比如特定位点上存在的不同糖型。

▶  化学交联质谱（XL-MS）

化学交联质谱（XL-MS），作为能够检测蛋白-蛋白相互作用的强有力技术，其原理是将一定距离内具有相互作用的蛋白质及其复合物进行化学交联，通过质谱检测交联位点来描绘相互作用的网络。XL-MS可以作为一些高分辨结构生物学技术的补充来获取完整的结构信息，如冷冻电镜（cryo-EM）或X-射线晶体衍射。这项技术的关键点在于用化学交联剂固定蛋白质的相互作用区域，从而提供低分辨的三维结构信息或是蛋白质的拓补结构，也可以用来检测蛋白质复合物的组成。

▶  氢氘交换质谱（HDX-MS）

蛋白质在天然状态下，侧链氨基和骨架上的氢原子是相对不稳定的。当蛋白质溶解在溶液中，蛋白质的氢原子通过会与溶解中的氢原子进行交换。氢氘交换质谱（HDX-MS）就是利用了这个现象，将蛋白质中的氢置换成氘水溶液中的氘原子。氢氘交换的速率揭示了溶剂中氘原子进入蛋白质特定区域能力的强弱，这个信息能够被用来解释蛋白质的三维结构和构象信息。除此之外，HDX-MS还能够提供蛋白-蛋白或者蛋白-受体相互作用位点以及翻译后修饰引导的构象变化信息。

▶  肽段测序

蛋白质组学应用的主流方法bottom-up是将蛋白质首先酶解成肽段，进而通过LC-MS/MS对肽段进行分析，综合数据中的序列信息来判断样本的原始蛋白组成。除了获取肽段序列信息，还能够得到翻译后修饰（PTMs）和亚基之间的化学计量学信息。

▶  亲和纯化质谱（AP-MS）

亲和纯化这一类富集方法可以与定性和定量质谱联来检测复杂样本中一系列的蛋白。亲和富集是利用分子之间特殊的键合相互作用来分离感兴趣的蛋白。亲和纯化质谱（AP-MS）能够被用来检测在蛋白质复合物中特定的蛋白-蛋白相互作用，以及在整体水平上关注蛋白质复合物，也就是蛋白质相互作用组的研究。AP-MS还能够用于研究不同的条件下蛋白质相互作用的动态变化情况，甚至是蛋白质上翻译后修饰的对相互作用的影响。

▶  自上而下蛋白质组学

作为蛋白质组学的另一种研究策略，top-down分析方法可以无需对蛋白质进行酶解，直接进入质谱分析。该方法的主要优势在于能够确认蛋白质PTMs的组合形式，以及鉴定降解产物和序列变异体，这些信息有助于去寻找亚型和潜在的蛋白质变体。对于单个蛋白来说，top-down分析能够鉴定蛋白质和表征PTMs。对于蛋白质复合物来说，这种方法能够发现蛋白质复合物及其PTMs的组合形式。

▶  限制性蛋白水解

通过限制性蛋白酶解的方式获得序列信息，指的是在实验过程中引入少量的蛋白水解酶或控制反应条件对样品进行酶解，蛋白质的三维结构决定了酶解过程与酶解的特异性。质谱采集方法类似于bottom-up蛋白质组学分析流程。这种方法也能够被用蛋白质复合物的四级结构。