Visão Geral

A análise de estrutura por criomicroscopia eletrônica (crio-EM) abrange os fluxos de trabalho computacionais que reconstroem estruturas macromoleculares tridimensionais a partir de dezenas de milhares de imagens de projeção bidimensionais adquiridas por um microscópio eletrônico. Em crio-EM de partícula única, macromoléculas purificadas incorporadas em gelo vítreo são imageadas em orientações aleatórias, e algoritmos sofisticados determinam as orientações, classificam estados conformacionais e reconstroem um mapa de densidade tridimensional em resolução quase atômica. A revolução de resolução da última década tornou a crio-EM o método de escolha para muitos complexos macromoleculares grandes e flexíveis.

Métodos

O pipeline computacional começa com a correção de movimento e a estimativa da função de transferência de contraste (CTF) para corrigir o movimento induzido pelo feixe e as aberrações ópticas. A seleção de partículas: cada vez mais realizada por ferramentas baseadas em aprendizado profundo como Topaz e crYOLO, identifica imagens de partículas individuais. A classificação 2D agrupa partículas em classes homogêneas, e a classificação 3D separa distintos estados conformacionais. A reconstrução 3D usando métodos baseados em Fourier (RELION, cryoSPARC) refina iterativamente os parâmetros de orientação e constrói o mapa de densidade. A resolução final é avaliada pelo critério de correlação de camadas de Fourier (FSC).

Aplicações

A crio-EM resolveu estruturas do ribossomo, spliceossomo, proteínas de membrana e capsídeos virais que eram inacessíveis à cristalografia de raios-X devido ao tamanho ou flexibilidade. Os mapas de densidade resultantes permitem a construção de modelos atômicos, que são validados contra princípios conhecidos de estrutura de proteínas. A crio-EM revela a arquitetura de grandes estruturas celulares e organelas, incluindo o complexo do poro nuclear e os supercomplexos respiratórios mitocondriais. A técnica depende de técnicas de microscopia para triagem de amostras e tornou-se parte integrante da biologia estrutural, com a análise computacional como sua tecnologia central habilitadora.