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单颗粒重构技术相关计算的误差分析

中国科学（E辑） 1998年第4期28卷 344-351页

作者：胡悦隋森芳清华大学生物科学与技术系

通过对被色噪声污染的一维全同图形的分析 ,研究了单颗粒重构技术的相关计算的误差问题 ,引入了系统误差的概念 ,并给出了弱噪声下的系统误差的显式表达 .同时讨论了误差对叠加图形的影响 ,得到了纠正其产生畸变的解析表达式 .

关键词：单颗粒技术重构分子结构全同图形误差分析

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冰川沉积释光测年:采样策略与测试选择

冰川冻土 2021年第3期43卷 756-766页

作者：欧先交曾兰华陈仁容姚盼嘉应学院地理科学与旅游学院广东梅州514015

释光测年是可对冰川地貌进行直接定年的一种测年技术,已被广泛应用于冰川沉积测年中,推动了第四纪冰川研究的深入发展。但冰川沉积释光测年还没有达到标准化的程度,实际应用中仍有不少问题需要探究,其中最受关注的是冰川沉积物释光信号... 详细信息

释光测年是可对冰川地貌进行直接定年的一种测年技术,已被广泛应用于冰川沉积测年中,推动了第四纪冰川研究的深入发展。但冰川沉积释光测年还没有达到标准化的程度,实际应用中仍有不少问题需要探究,其中最受关注的是冰川沉积物释光信号晒退不完全的问题,即样品在埋藏前因曝光机会有限导致信号没有归零或仅部分归零。冰川沉积释光信号晒退程度与地貌部位和沉积环境密切相关。冰川沉积释光采样需注意几个方面:(1)详细的地貌学和沉积学调查及对采样点的选择;(2)较适合释光测年的冰水沉积和冰缘风成沉积采集及其与冰川作用期次的联系;(3)冰碛夹层中的冰水砂透镜体的选取;(4)冰碛垄采样时垂直与水平方向上的考量;(5)岩石释光测年的发展使砾石成为当前第四纪冰川释光测年采样的一种选择。室内进行释光等效剂量测试时,也有几个关键的选择:(1)粗颗粒石英光释光测年是末次冰期以来冰川作用的首选方法;(2)如果样品年代老于石英测年上限,或者石英不适合测试,则可考虑钾长石后红外高温释光测年方法;(3)单颗粒、小测片和岩石释光埋藏测年技术可以鉴别样品的晒退情况,是目前最适合冰川沉积释光测年的几种选择;(4)如有条件,尝试用不同矿物、不同粒径、不同方法进行测试对比和交叉检验。要获得第四纪冰川释光测年的最佳年代学结果,地貌学、沉积学和年代学的结合是非常必要的。

关键词：第四纪冰川冰川沉积释光测年晒退单颗粒技术岩石释光测年技术

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电子显微学在结构生物学研究中的新进展

电子显微学报 2003年第5期22卷 449-456页

作者：王大能陈勇隋森芳 SkirballInstituteofBiomolecularMedicine NewYorkUniversitySchoolofMedicine 清华大学生物科学与技术系北京100084

电子显微学是结构生物学的重要分支,已经成为一种公认的研究生物大分子、超分子复合体及亚细胞结构的有力手段。本文先回顾了近期电子显微学在技术上的新进展,后概述了生物电子显微学的三个组成部分———电子晶体学,单颗粒技术,电子断... 详细信息

电子显微学是结构生物学的重要分支,已经成为一种公认的研究生物大分子、超分子复合体及亚细胞结构的有力手段。本文先回顾了近期电子显微学在技术上的新进展,后概述了生物电子显微学的三个组成部分———电子晶体学,单颗粒技术,电子断层成像术的基本原理,技术方法与研究现状。最后,对电子显微学与其他结构生物学研究手段的结合以及电子显微学的未来发展做了简单的展望。

关键词：结构生物学电子显微学电子晶体学单颗粒技术电子断层成像术

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生物三维电子显微学进入全新高速发展时期

生物物理学报 2007年第4期23卷 228-239,295页

作者：隋森芳清华大学生物科学与技术系生物膜与膜生物工程国家重点实验室北京100084

生物三维电子显微学主要由三个部分组成——电子晶体学、单颗粒技术和电子断层成像术,其结构解析对象的尺度范围介于X射线晶体学与光学显微镜之间,适合从蛋白质分子结构到细胞和组织结构的解析。以冷冻电镜技术与三维重构技术为基础的... 详细信息

生物三维电子显微学主要由三个部分组成——电子晶体学、单颗粒技术和电子断层成像术,其结构解析对象的尺度范围介于X射线晶体学与光学显微镜之间,适合从蛋白质分子结构到细胞和组织结构的解析。以冷冻电镜技术与三维重构技术为基础的低温电子显微学代表了生物电子显微学的前沿。低温单颗粒技术对于高度对称的病毒颗粒的解析最近已达到3.8"分辨率,正在成为解析分子量很大的蛋白质复合体高分辨结构的有效技术手段。低温电子断层成像技术目前对于真核细胞样品的结构解析已达到约40#的分辨率,在今后5年有望达到20$。这样,把X射线晶体学、NMR以及电镜三维重构获得的蛋白质分子及复合体的高分辨率的结构,锚定到较低分辨率的电子断层成像图像中,从而在细胞水平上获得高精确的蛋白质空间定位和原子分辨率的蛋白质相互作用的结构信息。这将成为把分子水平的结构研究与细胞水平的生命活动衔接起来的可行途径。

关键词：三维电子显微学低温电子显微学电子晶体学单颗粒技术电子断层成像术

冷冻电镜技术——2017年诺贝尔化学奖介绍

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化学教育（中英文） 2018年第8期39卷 1-6页

作者：林水啸林默君福建省福州屏东中学福建福州350003 福建医科大学基础医学院福建福州350122

介绍了2017年诺贝尔化学奖的3位获得者在冷冻电镜领域的主要贡献，同时介绍了冷冻电镜技术的用途、一般工作流程和其局限性，以及中国学者在冷冻电镜技术应用研究中的贡献。

关键词：诺贝尔化学奖冷冻电镜单颗粒技术

变性的α-lactalbumin诱导DegP形成十二聚体

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电子显微学报 2008年第1期27卷 51-56页

作者：陈果江建森隋森芳清华大学生命科学与技术系生物膜与膜生物工程国家重点实验室北京100084

大肠杆菌热休克蛋白DegP,也称作HtrA或蛋白酶Do,具有分子伴侣和蛋白酶两种活性。缺失DegP会导致大肠杆菌在高温下不能存活。DegP的晶体结构表明,它是由两个紧密折叠的三聚体松散地结合在一起形成的六聚体。作者在分子筛柱层析的实验中发... 详细信息

大肠杆菌热休克蛋白DegP,也称作HtrA或蛋白酶Do,具有分子伴侣和蛋白酶两种活性。缺失DegP会导致大肠杆菌在高温下不能存活。DegP的晶体结构表明,它是由两个紧密折叠的三聚体松散地结合在一起形成的六聚体。作者在分子筛柱层析的实验中发现DegP六聚体与变性的α-lactalbumin共孵育后能全部转变为更大的寡聚体。进一步用负染电镜及单颗粒三维重构方法对该寡聚体进行结构分析,发现它是由4个三聚体组成的具有四面体对称性的十二聚体笼形结构。文章还对DegP十二聚体的结构与功能的关系展开了初步的讨论。

关键词：热休克蛋白DegP, 单颗粒技术电子显微镜

青蟹呼肠孤病毒（MCRV）的冷冻电镜三维结构研究

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青蟹呼肠孤病毒（MCRV）的冷冻电镜三维结构研究

作者：王璞中山大学

学位级别：硕士

拟穴青蟹（Scylla paramamosain）是东南沿海地区重要的海水养殖品种，从其体内分离出的青蟹呼肠孤病毒（Mud crab reovirus，MCRV）可引起蟹的“嗜睡病”，一旦爆发，会对水产养殖造成巨大的损失。为了更好地了解MCRV，为寻找防治该... 详细信息

拟穴青蟹（Scylla paramamosain）是东南沿海地区重要的海水养殖品种，从其体内分离出的青蟹呼肠孤病毒（Mud crab reovirus，MCRV）可引起蟹的“嗜睡病”，一旦爆发，会对水产养殖造成巨大的损失。为了更好地了解MCRV，为寻找防治该病毒的策略提供依据，本论文利用冷冻电镜单颗粒技术和三维重构方法对MCRV完整颗粒和无核酸的空颗粒进行研究，获得了以下的结果： 1.获得了MCRV完整颗粒4.5和空颗粒18的三维结构。两者的三维结构都显示其衣壳分两层：无塔状突起（non-turreted）的T=13外层衣壳和T=2的内层衣壳。 2.在MCRV完整颗粒的三维结构中，外层衣壳包含了形成表面小突起的同源三聚体蛋白、衣壳表面六邻体中央蛋白;内层具有一种蛋白的两种构象体A和B，以及5次轴顶点下方的可能由RNA聚合酶和其它蛋白形成的转录复合物。每个病毒衣壳共有260个外层衣壳蛋白三聚体、120个内层衣壳蛋白（构象体A、B各60个）以及120个六邻体中央蛋白。 3.通过比较MCRV完整颗粒和空颗粒的内部结构，不但将转录复合物定位在了五次轴顶点的下方，而且首次发现核酸释放后，内层衣壳向外移动。 4.首次发现六邻体中央蛋白，其在结构组成方式上与其他non-turreted呼长孤病毒都有较大不同，推测其在稳定外层和内层衣壳的结构上有特殊作用。 5.结合对MCRV的SDS-PAGE分析结果，并参考以往的研究结果，推测出了各个结构蛋白可能的位置和功能。以上这些结果为各个结构蛋白的功能研究提供了依据，也为以后的药物及疫苗设计提供了结构基础。

关键词：呼肠孤病毒冷冻电镜单颗粒技术三维重构

青蟹双顺反子病毒（MCDV）的三维结构研究

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青蟹双顺反子病毒（MCDV）的三维结构研究

作者：高远瞩中山大学

学位级别：硕士

拟穴青蟹(Scylla paramamosain)是一种重要的水产养殖品种。在拟穴青蟹中发现的青蟹双顺反子病毒(Mud Crab Dicistrovirus,MCDV)能引起青蟹的“嗜睡病”爆发,导致青蟹大规模的死亡,对蟹类养殖业造成一定危害。为了进一步了解MCDV,为药... 详细信息

拟穴青蟹(Scylla paramamosain)是一种重要的水产养殖品种。在拟穴青蟹中发现的青蟹双顺反子病毒(Mud Crab Dicistrovirus,MCDV)能引起青蟹的“嗜睡病”爆发,导致青蟹大规模的死亡,对蟹类养殖业造成一定危害。为了进一步了解MCDV,为药物和疫苗研发提供结构信息,本文利用冷冻电镜单颗粒技术,对从拟穴青蟹体内提纯的MCDV病毒颗粒进行了三维结构研究,获得了以下结果:获得了3.8?的MCDV三维结构。重构结果显示,MCDV病毒具有典型的二十面体结构,呈拟T=3对称。衣壳主体直径31nm。在该分辨率下,组成MCDV的各个蛋白的二级结构清晰,部分位置的氨基酸侧链密度明显可见。在衣壳表面的二次轴上方发现一个直径约4nm的突起,整个病毒共有30个,并发现该突起位置不太稳定,在衣壳表面摆动。对MCDV的三个衣壳蛋白VP1、VP2、VP3进行了二级结构预测,并基于预测结果和本实验所获得三维结构,建立了VP1、VP2、VP3的Cα模型。通过分析所得模型,发现衣壳表面的突起属于两个VP2的C末端形成的二聚体,且VP2的N端具有3段β-strand,并能与其他VP2和VP3形成分子间氢键,共同组成β片层结构,为稳定衣壳提供了较强的相互作用力。对MCDV结构和同科的蟋蟀麻痹病毒(Cricket paralysis virus,CrPV)和吸血猎蝽病毒(Triatoma virus,TrV)进行比较,发现了MCDV在衣壳表面,5次轴附近等处的明显区别。对MCDV进行加热和EDTA处理,发现处理后MCDV均有核酸释放现象。对加热处理的MCDV实心颗粒和空心颗粒进行了重构。重构结果显示,空颗粒MCDV的二次轴受到破坏,但实心颗粒的二次轴没有明显破坏。说明二次轴的破坏是导致核酸释放的原因。通过分析以上结果,并结合已有的小RNA病毒的核酸释放机制研究,提出了MCDV的入侵机制:突起与宿主受体结合,一方面引发宿主细胞内吞;另一方面,引发突起结构解聚,并形成穿膜螺旋锚定到膜上,形成孔洞;突起的解聚还可导致二次轴通道打开,使核酸释放至胞浆。

关键词：双顺反子病毒冷冻电镜单颗粒技术三维结构入侵机制

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二十面体病毒三维重构算法研究及应用

二十面体病毒三维重构算法研究及应用

作者：唐豪湖南师范大学

学位级别：硕士

“结构决定功能”,生物大分子同样如此。病毒是一种特殊的生物大分子,在自然界的分布非常广泛,是引起人类、动植物传染病的重要病原体之一,结构解析是其相关功能研究的基础,因此,病毒的结构研究具有重要的意义。冷冻电镜技术在生物大分... 详细信息

“结构决定功能”,生物大分子同样如此。病毒是一种特殊的生物大分子,在自然界的分布非常广泛,是引起人类、动植物传染病的重要病原体之一,结构解析是其相关功能研究的基础,因此,病毒的结构研究具有重要的意义。冷冻电镜技术在生物大分子结构解析方面具有其独特的优势,主要表现在:研究的样品范围广,通过快速冷冻使样品更接近其活性状态;样品的需求量少;能对不同构象的生物大分子进行结构解析。自2013年的冷冻电镜“分辨率变革”以来,利用冷冻电镜单颗粒技术解析出了众多生物大分子复合体结构,该技术已经逐步发展成为生物大分子结构研究的有力工具。2017年诺贝尔化学奖颁给了在冷冻电镜基本理论、重构算法以及实验方面做出突出贡献的三位科学家理查德·亨德森(Richard Henderson)、约阿希姆·弗兰克(Joachim Frank),雅克·杜邦内特(Jacques Dubochet)。病毒颗粒分子量巨大,通常难以结晶,因此冷冻电镜单颗粒技术是解析其结构的最有力工具,有时甚至是唯一工具。应用冷冻电镜对病毒结构解析的最大优势在于病毒衣壳一般具有高对称性(如二十面体对称性),在重构过程中能充分利用其高对称性来抑制图像噪声、提高重构分辨率。正是这一优势,“分辨率革命”之前,病毒重构结构的分辨率一直是冷冻电镜结构解析的标杆。然而,病毒颗粒的巨大尺寸导致了三维重构时面临诸多问题,同时也成为冷冻电镜病毒三维重构的瓶颈之一。首先,冷冻电镜数据处理的计算量与图像尺寸大小呈立方的关系,病毒颗粒巨大导致了其三维重构的计算量异常大,计算资源要求高,现有的一些通用结构解析软件很难处理超大的病毒颗粒;其次,大病毒颗粒在冷冻制样时不可避免地出现结构形变,从而破坏了其衣壳的高对称,因此其解析的结构分辨率难以提高。因此,设计专门针对病毒结构解析的软件非常重要。本论文针对二十面体病毒重构算法展开研究,主要工作如下:1)冷冻电镜二十面体病毒三维重构算法研究。病毒三维重构算法主要包括取向中心全局搜索与局部精修算法、三维结构重构算法。对于给定的低分辨病毒初始三维模型,全局搜索算法通过穷举法搜索所有可能的取向和中心,计算每张病毒颗粒图像与模板之间的交互等价线的最小残差确定颗粒的初始取向和中心,然后应用基于直接傅里叶反变换的重构方法得到新的三维结构。基于此结构,局部精修算法运用交互等价线的方法对所得取向与中心进行精修,进而重构出新的三维结构,反复迭代,不断提高结构的分辨率直到算法收敛或结构达到预期分辨率;2)冷冻电镜二十面体病毒三维重构软件的开发及应用。本文设计并实现了基于交互等价线的取向中心测定算法与基于直接傅里叶反变换的三维重构算法,构成了完整的冷冻电镜二十面体病毒三维重构软件包,使用Python语言设计了软件操作界面以方便使用。利用设计的算法和软件,应用于单纯疱疹病毒A、B、C三种类型结构的解析,并通过结构的解析分析三种颗粒衣壳结构的差异和主要蛋白质。

关键词：冷冻电镜二十面体病毒三维重构单颗粒技术