Kriyo-elektron mikroskobu

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla
50000× büyütme oranında amorf buz içerisinde süspanse edilen GroEL'nin CryoTEM görüntüsü
Kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu (cryo-TEM), bir Iron Mountain biyofilminden gelen sağlam bir ARMAN hücresinin görüntüsü. Görüntü genişliği 576 nm'dir.

Kriyojenik elektron mikroskobu (kriyo-EM), kriyojenik sıcaklıklara soğutulmuş ve vitröz bir su ortamına gömülü numunelere uygulanan bir elektron mikroskobu (EM) tekniği. Bir ızgaraya bir sulu numune çözeltisi uygulanmakta ve sıvı etan içinde dalma ile dondurulmaktadır. Tekniğin gelişimi 1970'lerde başlarken, dedektör teknolojisindeki ve yazılım algoritmalarındaki son gelişmeler, yakın atomik çözünürlükte biyomoleküler yapıların belirlenmesine olanak sağlamıştır.[1] Bu, kristalizasyona ihtiyaç duymadan makromoleküler yapı tayini için X ışını kristalografisi ​​veya NMR spektroskopisi ​​seçeneğine alternatif olarak yaklaşıma büyük dikkat çekmiştir.

2017 yılında Jacques Dubochet, Joachim Frank ve Richard Henderson; "çözeltideki biyomoleküllerin yüksek çözünürlüklü yapı tayini için kriyo-elektron mikroskobunun geliştirilmesi" nedeniyle Nobel Kimya Ödülü ile ödüllendirilmiştir.[2]

Geçirimli elektron kriyomikroskopisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Geçirimli elektron kriyomikroskopisi (kriyo-TEM), yapısal biyolojide kullanılan bir geçirimli elektron mikroskobu tekniğidir.

  • Elektron kristalografisi, bir TEM kullanarak katılarda atomların düzenini belirleme yöntemidir.
  • MicroED,[3] 3 boyutlu kristallerden elektron kırınımı kullanarak proteinlerin ve küçük moleküllerin yapısını belirleme yöntemidir.[4][5]
  • Elektron kriyotomografisi (kriyo-ET), örneklerin eğildiği gibi görüntülendiği yerlerin özel bir uygulamasıdır.

Kriyojenik elektron mikroskobunun tarihçesi[değiştir | kaynağı değiştir]

1960'larda, bilim insanları yüksek enerjili elektron huzmeleri nedeniyle numuneye zarar veren elektron mikroskobu kullanılarak yapı belirleme yöntemleri sorunuyla karşı karşıya kalıyorlardı, bu nedenle kriyojenik elektron mikroskobunun, düşük sıcaklıkların ışın hasarını azaltacağı beklendiğinden bu sorunun üstesinden geleceği düşünülüyordu.[6] 1980 yılında Erwin Knapek ve Jacques Dubochet, kriyojenik sıcaklıklarda ışın hasarı üzerine yorumlarda bulunarak şunları yayınladılar:

Karbon film üzerine monte edilmiş ince kristallerin 4K'da oda sıcaklığından 30 ila 300 kat daha fazla ışın dirençli olduğu bulundu ... Sonuçlarımızın çoğu, 4K bölgesindeki kriyoproteksiyonun kuvvetle sıcaklığa bağımlı olduğu varsayılarak açıklanabilir.[7]

Ancak, bu sonuçlar tekrarlanamamıştı ve kirlilik direncinin başlangıçta beklenenden daha az önemli olduğunu bildiren sadece 2 yıl sonra Nature uluslararası bilim dergisinde değişiklikler yayınlanmıştı. 4K'da kazanılan koruma, "standart L-valine örnekleri için on kat"a daha önce belirtilenden daha yakındı.[8]

2017 yılında üç bilim insanı Jacques Dubochet, Joachim Frank ve Richard Henderson, biyomolekülleri görüntüleyebilecek bir teknik geliştirdikleri için Kimyada Nobel Ödülü'ne layık görüldü.[2]

2018 yılında kimyagerler elektron difraksiyonunun, iğneye benzer kristaller oluşturan küçük moleküllerin yapılarını, aksi takdirde bileşiğin daha büyük kristallerini büyüterek X-ışını kristalografisinden tespit edilmesi gereken yapıları kolayca belirlemek için kullanılabileceğini anladılar.[4][9]

Taramalı elektron kriyomikroskopisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Taramalı elektron kriyomikroskopisi ​​(kriyo-SEM), taramalı elektron mikroskobu tekniğidir ve taramalı elektron mikroskobunun kriyojenik bir odadaki soğuk aşamasıdır.

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Cheng Y, Grigorieff N, Penczek PA, Walz T (Nisan 2015). "A primer to single-particle cryo-electron microscopy". Cell. 161 (3), s. 438-449. doi:10.1016/j.cell.2015.03.050. PMC 4409659 $2. PMID 25910204. 
  2. ^ a b Cressey D, Callaway E (Ekim 2017). "Cryo-electron microscopy wins chemistry Nobel". Nature. 550 (7675), s. 167. Bibcode:2017Natur.550..167C. doi:10.1038/nature.2017.22738. PMID 29022937. 
  3. ^ Nannenga, Brent L; Shi, Dan; Leslie, Andrew G W; Gonen, Tamir (3 Ağustos 2014). "High-resolution structure determination by continuous-rotation data collection in MicroED". Nature Methods. 11 (9), s. 927–930. doi:10.1038/nmeth.3043. PMC 4149488 $2. PMID 25086503. 
  4. ^ a b Jones, Christopher G.; Martynowycz, Michael W.; Hattne, Johan; Fulton, Tyler J.; Stoltz, Brian M.; Rodriguez, Jose A.; Nelson, Hosea M.; Gonen, Tamir (2 Kasım 2018). "The CryoEM Method MicroED as a Powerful Tool for Small Molecule Structure Determination". ACS Central Science. 4 (11), s. 1587–1592. doi:10.1021/acscentsci.8b00760. PMC 6276044 $2. PMID 30555912. 
  5. ^ de la Cruz, M Jason; Hattne, Johan; Shi, Dan; Seidler, Paul; Rodriguez, Jose; Reyes, Francis E; Sawaya, Michael R; Cascio, Duilio; Weiss, Simon C (2017). "Atomic-resolution structures from fragmented protein crystals with the cryoEM method MicroED". Nature Methods. 14 (4), s. 399–402. doi:10.1038/nmeth.4178. PMC 5376236 $2. PMID 28192420. 
  6. ^ Dubochet J, Knapek E (Nisan 2018). "Ups and downs in early electron cryo-microscopy". PLoS Biology. 16 (4), s. e2005550. doi:10.1371/journal.pbio.2005550. PMC 5929567 $2. PMID 29672565. 
  7. ^ Knapek E, Dubochet J (Ağustos 1980). "Beam damage to organic material is considerably reduced in cryo-electron microscopy". Journal of Molecular Biology. 141 (2), s. 147-61. doi:10.1016/0022-2836(80)90382-4. PMID 7441748. 
  8. ^ Newmark P (30 Eylül 1982). "Cryo-transmission microscopy Fading hopes". Nature. 299 (5882), s. 386-387. Bibcode:1982Natur.299..386N. doi:10.1038/299386c0. 
  9. ^ Gruene T, Wennmacher JT, Zaubitzer C, Holstein JJ, Heidler J, Fecteau-Lefebvre A, De Carlo S, Müller E, Goldie KN, Regeni I, Li T, Santiso-Quinones G, Steinfeld G, Handschin S, van Genderen E, van Bokhoven JA, Clever GH, Pantelic R (Ekim 2018). "Rapid structure determination of microcrystalline molecular compounds using electron diffraction". Angewandte Chemie. 57 (50), s. 16313–16317. doi:10.1002/anie.201811318. PMID 30325568.