概述

冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 结构分析涵盖从电子显微镜获取的数万个二维投影图像重建三维大分子结构的计算工作流程。在单粒子冷冻电镜中，嵌入玻璃冰中的纯化大分子以随机方向成像，复杂的算法确定方向，对构象状态进行分类，并以近原子分辨率重建三维密度图。过去十年的分辨率革命使冷冻电镜成为许多大型柔性大分子复合物的首选方法。

方法

计算管道从运动校正和对比度传递函数（CTF）估计开始，以校正光束引起的运动和光学像差。 粒子拾取 - 越来越多地由基于深度学习的工具（例如 Topaz 和 crYOLO）执行 - 识别单个粒子图像。 2D 分类 将颗粒分为同质类别，而 3D 分类 将不同的构象状态分开。 3D 重建 使用基于傅里叶的方法（RELION、cryoSPARC）迭代地细化方向参数并构建密度图。最终分辨率通过傅里叶壳相关性 (FSC) 标准进行评估。

应用程序

冷冻电镜已经解析了核糖体、剪接体、膜蛋白和病毒衣壳的结构，这些结构由于尺寸或灵活性而无法通过 X 射线晶体学分析。生成的密度图可以构建原子模型，并根据已知的[蛋白质结构](/guides/ Protein-struction.html)原理进行验证。冷冻电镜揭示了大型[细胞结构和细胞器](/guides/cell-struct-and-organelles.html) 的结构，包括核孔复合体和线粒体呼吸超复合体。该技术依赖于显微镜技术 进行样本筛选，并已成为结构生物学不可或缺的一部分，其中计算分析是其核心支持技术。