X 射线晶体学与冷冻电镜在结构生物学上的应用是如何互补的？ menz，食品安全、结构生物学 目前为止，能看到准确蛋白结构的，主要只有三种方法： 1. X 射线晶体衍射 (X-ray crystallography) 2. 冷冻电镜 (cryo-EM) 3. 核磁共振 (NMR) 如下图所示，这三者的区别主要是： 1. NMR 可以看到蛋白的动力学，但只能看小蛋白。 2. EM 电镜能看很大的蛋白复合物，但是看不了小蛋白，而且（2013 年以前）分辨率低，看不太清楚。 3. X-ray 晶体结构解析最牛，大小都能看，而且（理论上）可以看得特别清楚。哇咔咔！ 图片来自：Dror, Ron O., et al. "Biomolecular simulation: a computational microscope for molecular biology." Annual review of biophysics 41 (2012): 429-452. 我就是做 X-ray 晶体结构哒！噢耶我好幸运！ 刚开始做的时候，我是这样婶儿的： 一年以后： 三年以后： 为什么捏？ 因为 X-ray 解结构，需要高质量的蛋白晶体！像这样婶儿的： 但是我的蛋白（或者说大部分蛋白及蛋白复合物），不！结！晶！ 就算结晶，也只解出来小小的，赖不拉叽的破晶体。不！衍！射！ 这个现象不是我一个人遇到。事实上，蛋白晶体学发展好几十年了，瓶颈就在这里。 恰好这个时候，冷冻电镜取得巨大进展。（可参考@Hydro Ding 的帖子为什么冷冻电镜 (Cryo-EM) 去年突然火了？是有什么技术突破吗？ - 生物学） 以前这玩意儿只能看到分辨率 10Å (1Å=0.1nm) 左右，蛋白质结构的细节都看不清楚。可是现在，人家不需要结晶，绕过最难的步骤，直接就能看到 3Å 左右，直逼 X-ray 方法。所以，以前无论如何也解不出来的蛋白结构，现在用上 cryo-EM，流水线一般地解出、发表，Nature Science 满天飞。 图片来自 Bai, X.-c., McMullan, G. and Scheres, S. H. W. (2014) How cryo-EM is revolutionizing structural biology. Trends Biochem. Sci. 图中黑点是 2000-2012 年 cryo-EM 解出的结构。可以看到，分辨率都不咋地。红点都是 2013 年 cryo-EM 突破以后的结构。你看那分辨率！你再看他们解出来的都是什么！TRPV1！20S proteosome！γ-secretase！这还不包括最新 3.6Å的 spliceosome！ 有分教： 忽如一夜春风来，cryo-EM 来得真快！呀！ 不过 cryo-EM 还是很难看到 3Å 以内。直到这家伙的出现： 他妹·高能博士(Dr. Tamir Gonen)，霍华德休斯研究所珍利亚农场研究园区的研究员。 他干了什么呢？他把以前死活解不出的 α-synuclein 核心部分的结构，解到 1.4Å！质子都看得清好么！ Rodriguez, J. A., Ivanova, M. I., Sawaya, M. R., Cascio, D., Reyes, F. E., Shi, D., Sangwan, S., Guenther, E. L., Johnson, L. M., Zhang, M., Jiang, L., Arbing, M. A., Nannenga, B. L., Hattne, J., Whitelegge, J., Brewster, A. S., Messerschmidt, M., Boutet, S., Sauter, N. K., Gonen, T. and Eisenberg, D. S. (2015) Structure of the toxic core of [agr]-synuclein from invisible crystals. Nature. 525, 486-490 这方法其实有点贱。 你们搞冷冻电镜的搞冷冻电镜，搞来搞去看不清精细结构；搞结晶的搞结晶，结来结去结不出高质量晶体。 这个高能博士发明了一种方法，叫 MicroED，把两者结合在一起，用电镜看晶体。 这家伙搞来一堆本来用不成破晶体，拿电镜看来看去。你想啊，那电子的衍射，肯定比 X 射线强多了，搞了两三年，改进进光方法、数据处理算法，真正实现了用电镜看晶体，还解到（分辨率）超级超级无比清晰，真真搞成了这个大新闻。（其实这个概念早就有人提出，只是一直没有在 3D crystal 层面实现。这个方法目前还远没有 X-ray crystallography 成熟，很有局限性。） 噢耶，用电镜看晶体，才是以后的出路？想象以下以后的小日子，结个晶，再小都没关系，拿去 EM 看下，真有关公战秦琼的感觉呢！ 查看知乎原文
