Kryogene Elektronenmikroskopie

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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