Kryogene Elektronenmikroskopie
Die kryogene Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) kombiniert eine Vorbehandlung durch sofortiges Einfrieren mit TEM oder REM, um die Analyse empfindlicher biologischer Proben zu ermöglichen, die andernfalls zu anfällig für Schäden durch den Elektronenstrahl wären. Die Kryo-EM ist eine zunehmend beliebte Methode in der Strukturbiologie zur Bestimmung der Struktur von Makromolekülen.
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Wofür wird Kryo-EM verwendet?
Kryo-EM wird hauptsächlich zur Abbildung biologischer Moleküle verwendet, die zu groß und zu komplex sind, um durch konventionellere Methoden, wie NMR und XRD, analysiert zu werden. Durch die Verwendung von Rekonstruktionssoftware und einer Reihe von 2D-Bildern, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden, kann Kryo-EM zur Erstellung von 3D-Modellen verschiedener Arten biologischer Materialien wie Proteine, Viren, Enzyme und Bakterien verwendet werden. Dies verleiht Kryo-EM Anwendungen in der biologischen Analyse, medizinischen Forschung und Arzneimittelentwicklung.
Wie funktioniert die Kryo-Elektronenmikroskopie?
Kryo-EM beginnt mit dem Schockgefrieren der Probe unter Verwendung von flüssigem Ethan, das selbst mit flüssigem Stickstoff vorbereitet wurde. Dies führt dazu, dass die Probe so schnell gefriert, dass sich keine Eiskristalle bilden können, was entscheidend ist, da diese die Ergebnisse beeinträchtigen würden. Die Moleküle werden außerdem in ihren natürlichen Konformationen konserviert, wodurch sie mithilfe der Elektronenmikroskopie problemlos analysiert und abgebildet werden können.
Obwohl der Begriff Kryo-EM sich allgemeiner auf kryogene Elektronenmikroskopie bezieht, wird er fast immer verwendet, um Kryo-TEM zu bezeichnen, d. h. die Kombination aus Schockgefrieren mit Transmissionselektronenmikroskopie. Kryo-REM ist ebenfalls möglich, aber weit weniger verbreitet.
Geeignete Proben und Probenvorbereitung
Eine Vielzahl von Molekülen kann mittels Kryo-EM analysiert werden, sofern sie in für das Schockgefrieren geeigneten Lösungen vorliegen. Die Molekülgröße sollte ebenfalls relativ groß sein, im Allgemeinen >150 kDa oder 5–300 nm im Durchmesser.
Kryo-TEM vs. TEM
Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine vielseitige Technik, die das Rückgrat der Kryo-TEM bildet. Herkömmliche TEM wird im Vakuum durchgeführt, um Verunreinigungen in der Luft zu entfernen. In den meisten Fällen funktioniert dieser Ansatz, aber einige Probentypen, einschließlich flüchtiger Substanzen und empfindlicher Biomoleküle, sind im Vakuum nicht stabil oder werden durch den hochenergetischen Elektronenstrahl leicht beschädigt. In diesen Situationen bietet die Kryo-TEM eine alternative Lösung, die für solche empfindlichen oder komplexen Probentypen besser geeignet ist.
Kryo-EM vs. NMR
Kernspinresonanz (NMR)-Spektroskopie ist eine Standardanalysetechnik, die in der biologischen und chemischen Analyse zur umfassenden Strukturbestimmung eingesetzt wird. Während sie bei der Analyse kleiner Biomoleküle sehr nützlich ist, wird die NMR-Analyse umso schwieriger, je größer die chemische Spezies wird. Daher sind große Makromoleküle wie Proteine besser geeignet für die Kryo-EM-Analyse.
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Passende Probenmatrizen
- Proteine
- Enzyme
- Makromoleküle
- Bakterien
- Flüchtige Materialien
Ideale Anwendungen der Kryo-EM
- Kartierung von Proteinstrukturen
- Abbildung von Enzymaktivitätsstellen
- Verstehen der Proteinsynthese
- Forschung zu bakteriellen Zellstrukturen
- Oberflaechenkartierung und Modellerstellung
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Häufig gestellte Fragen
Der schnelle Abkühlprozess kann bei bestimmten Probentypen nachteilige Auswirkungen haben. Darüber hinaus können die Dicke der Probe und die relativen Orientierungen der Moleküle darin Fehler verursachen, was bedeuten kann, dass mehrere Proben präpariert werden müssen, um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen.
Die Auflösung der Kryo-EM ist relativ gering, jedoch wird kontinuierlich fortschrittlichere Ausrüstung entwickelt, um diese zu verbessern.
Measurlabs bietet eine Vielzahl von Laboranalysen für Produktentwickler und Qualitätsmanager an. Einige der Analysen führen wir in unserem eigenen Labor durch, die meisten lagern wir jedoch an sorgfältig ausgewählte Partnerlabore aus. Auf diese Weise können wir jede Probe an das am besten geeignete Labor senden und unseren Kunden hochwertige Analysen mit mehr als tausend verschiedenen Methoden anbieten.
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