冷凍電鏡（cryo-EM）單顆粒分析技術(shù)已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)眾多結(jié)構(gòu)解析方法中異軍突起的一支，在膜蛋白的結(jié)構(gòu)解析中更是發(fā)揮著與日俱增的作用。目前的冷凍電鏡單顆粒技術(shù)已經(jīng)能較容易地將分子量大于300千道爾頓且生化性質(zhì)穩(wěn)定的蛋白質(zhì)解析至近原子分辨率（約3 埃水平）。但由于小分子量蛋白質(zhì)（一般為小于200千道爾頓）顆粒在冷凍樣品中襯度不足等原因，小分子量蛋白質(zhì)的高分辨解析工作對(duì)目前的技術(shù)手段而言仍然是很大的挑戰(zhàn)。
在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“蛋白質(zhì)機(jī)器與生命過程調(diào)控”重點(diǎn)專項(xiàng)的支持下，清華大學(xué)王宏偉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)利用球差校正器-電壓相位板聯(lián)用冷凍電鏡成像系統(tǒng)，大幅度地提升了蛋白質(zhì)顆粒在照片中的襯度，同時(shí)又保存了足夠多的高分辨率結(jié)構(gòu)信息用于后期三維重構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，利用自主研制的單層大單晶石墨烯載網(wǎng)來冷凍蛋白質(zhì)樣品，使得吸附在親水化石墨烯表面的蛋白分子免于氣液界面造成的分子結(jié)構(gòu)變化，保存了更完整的結(jié)構(gòu)信息。結(jié)合兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，分別得到了分子量大小為52千道爾頓的鏈霉親和素蛋白，以及在結(jié)合與未結(jié)合小分子生物素兩種狀態(tài)的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了利用單顆粒技術(shù)解析近原子分辨率蛋白結(jié)構(gòu)的分子量最小值新紀(jì)錄，拓展了該技術(shù)的應(yīng)用極限。
這一重要研究成果不僅提供了現(xiàn)有單顆粒樣品中氣液界面對(duì)蛋白分子顆粒性質(zhì)影響的關(guān)鍵證據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)理論進(jìn)行了有力的補(bǔ)充，還為未來方法學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，研究成果2019年6月3日在《自然·通訊》雜志在線發(fā)表。
52 kDa鏈霉親和素蛋白原始數(shù)據(jù)及三維重構(gòu)示意圖
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