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膜蛋白的结构研究 蛋白的膜拓扑学研究 蛋白质的晶体学研究: 3D; 2D 蛋白质的单颗粒研究: EM; AFM 蛋白质结构的波谱技术 Docking Technique：把X射线晶体学的原子分辨率结构与电子显微术的分子分辨率结构结合起来构筑细胞基本结构体系！The era of docking is coming ! 膜蛋白的结构研究 蛋白的膜拓扑学研究 蛋白质的晶体学研究: 3D; 2D 蛋白质的单颗粒研究: EM; AFM 蛋白质结构的波谱技术 膜蛋白的结构研究 蛋白的膜拓扑学研究 蛋白质的晶体学研究: 3D; 2D 蛋白质的单颗粒研究: EM; AFM 蛋白质结构的波谱技术 叶绿素a与叶绿素 b的吸收光谱和荧光光谱 荧光共振能量转移(FRET)的原理 共振能量转移是激发态向基态越迁时的另一种能量释放方式。这个过程就是供体分子将能量转移给与其相互作用的受体分子，从而供体分子回到基态，而接受能量的受体分子被激发的过程。 表现为当用供体的特征激发波长激发时，样品发射的荧光是受体的特征荧光。 在此过程当中，两个分子很接近但并不产生碰撞，因此有别于因碰撞而产生的能量转移。另外共振能量转移过程也并不是因为供体分子发光导致受体分子的重吸收，而仅仅是由于两个振动子的振动频率相同而发生的共振能量转移，就象一个振动的音叉能引起附近具有相同频率的另一音叉振动一样。 * 生物电子显微学 电子显微学研究生物大分子结构的主要方法 二维晶体 纤维或管状晶体 单颗粒生物大分子及复合体、病毒等 电子晶体学 单颗粒技术 亚细胞水平 电子断层成像术 生物大分子 生物大分子复合体 超分子复合体，细胞器，亚细胞结构 研究尺度 研究对象 研究方法 （周期排列） （全同粒子） （单一结构） 三维重构梗概中心截面定理与三维重构示意图。(A)：在X射线晶体学中通过对整个三维晶体的X射线衍射直接获得Fourier倒易空间的衍射信息，其与时空间的三维晶体是对应关系。(B)：在电子晶体学中，通过不同方向的投影及数字Fourier变换，获得的是其Fourier倒易空间不同中心截面的衍射信息，将所有不同方向投影的中心截面整合到一起，可以获得物体在整个三维Fourier倒易空间的衍射信息，通过逆变换同样可以获得该物体在实空间的图象。 三维重构的基本原理(中心截面定理) 将电子显微图像(实空间)进行傅里叶变换(倒易空间)，一张显微图像的傅里叶变换相应于成像物体在三维傅里叶变换(倒易空间)的一个通过中心的截面。通过改变生物样品在电镜下的倾斜角度，就可以得到相当于傅里叶变换(倒易空间)的其它通过中心的截面。收集在不同倾斜角度下样品的显微图像，经过傅里叶变换就可以获得一套完整的三维倒易空间数据。对样品的三维倒易空间数据进行傅里叶逆变换运算就可以获得该样品在实空间的三维结构图像。 电子晶体学（Electron Crystallography） 蛋白二维晶体样品 电子显微照片 倒易空间衍射谱 倒易空间信号信息 实空间蛋白质结构信息 电子显微镜 Fourier 变换 清除噪音 反Fourier 变换 电子晶体学的优势： 1.可以直接得到膜蛋白的结构信息以及与膜相关蛋白在膜上的结构信息。 2.可以获得高分辨率的结构，尤其适用于难于三维结晶的膜蛋白。 Bacteriohodopsin, Henderson et al.,1990; Plant light-harvesting complex, Kuhlbrandt, Wang, 1994; Aquaporin, Murata et al., 2000. 近年来迅速发展起来的单颗粒方法 （Single Particle Technique）是生物电子显微学的新方法,它克服了晶体学的限制。 顾名思义，单颗粒方法是对分离的，非有序排列的，但是相同的颗粒进行结构解析。其所采用的基本原理是通过对相同的生物大分子某方向的投影显微像在实空间中经过调整后进行叠加平均，从而提高信噪比，使粒子中共同部分的结构信息得到加强，最后对各种不同投影方向的单颗粒显微像在三维空间中进行重构，从而获得单颗粒大分子的三维结构信息。 由于它处理的是同一大分子随机散布的电镜照片，所以没有形成晶体的要求。另外，单颗粒方法处理的生物大分子没有质量上限，而且分子越大，结果越好。 单颗粒技术（Single Particle Technique） 锥形采集法模型示意 单颗粒技术（Single Particle Technique） 单颗粒技术（Single Particle Technique） 蛋白质颗粒 电子显微照片 单颗粒图像 调整后的颗粒图像 实空间蛋白质结构