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Structural basis for the regulatory mechanism of mammalian mitochondrial respiratory chain megacomplex-Ⅰ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)
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作者 Laixing Zhang Runyu Guo +3 位作者 Chun Xiao Jiaqi Li Jinke Gu Maojun Yang 《hLife》 2024年第4期189-200,共12页
Mammalian mitochondrial electron transport chain complexes are the most important and complicated protein machinery in mitochondria.Although this system has been studied for more than a century,its composition and mol... Mammalian mitochondrial electron transport chain complexes are the most important and complicated protein machinery in mitochondria.Although this system has been studied for more than a century,its composition and molecular mechanism are still largely unknown.Here we report the high-resolution cryo-electron microscopy(Cryo-EM)structures of porcine respiratory chain megacomplex-Ⅰ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)(MCⅠ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2))in five different conformations,including State 1,State 2,Mid 1,Mid 2,and Mid 3.High-resolution Cryo-EM imaging,combined with super-resolution gated stimulated emission depletion microscopy(gSTED),strongly supports the formation of MCⅠ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)in live cells.Each MCⅠ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)structure contains 141 subunits(70 different kinds of peptides,2.9 MDa)in total with 240 transmembrane helices.The mutual influence among CⅠ,CⅢ,and CⅣshown in the MCⅠ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)structure suggests this megacomplex could act as an integral unit in electron transfer and proton pumping.The conformational changes from different states suggest a plausible regulatory mechanism for the MCⅠ_(2)Ⅲ_(2)Ⅳ_(2)activation/deactivation process. 展开更多
关键词 mitochondria respiratory chain megacomplex cryo-electron microscopy(cryo-em) gated stimulated emission depletion microscopy(gSTED)
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Cryo-EM combined with image deconvolution to determine ZIF-8 crystal structure
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作者 吴抗 杨柏松 +3 位作者 薛文华 孙大鹏 葛炳辉 王玉梅 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期44-49,共6页
Metal–organic frameworks(MOFs) are crystalline porous materials with tunable properties, exhibiting great potential in gas adsorption, separation and catalysis.[1,2]It is challenging to visualize MOFs with transmissi... Metal–organic frameworks(MOFs) are crystalline porous materials with tunable properties, exhibiting great potential in gas adsorption, separation and catalysis.[1,2]It is challenging to visualize MOFs with transmission electron microscopy(TEM) due to their inherent instability under electron beam irradiation. Here, we employ cryo-electron microscopy(cryoEM) to capture images of MOF ZIF-8, revealing inverted-space structural information at a resolution of up to about 1.7A and enhancing its critical electron dose to around 20 e^(-)/A^(2). In addition, it is confirmed by electron-beam irradiation experiments that the high voltage could effectively mitigate the radiolysis, and the structure of ZIF-8 is more stable along the [100] direction under electron beam irradiation. Meanwhile, since the high-resolution electron microscope images are modulated by contrast transfer function(CTF) and it is difficult to determine the positions corresponding to the atomic columns directly from the images. We employ image deconvolution to eliminate the impact of CTF and obtain the structural images of ZIF-8. As a result, the heavy atom Zn and the organic imidazole ring within the organic framework can be distinguished from structural images. 展开更多
关键词 cryo-electron microscopy(cryo-em) ZIF-8 image deconvolution crystal structure determination
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Structural plasticity of human leptin binding to its receptor LepR
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作者 Yufeng Xie Xiaoxiong Li +3 位作者 Jianxun Qi Guijun Shang Defen Lu George Fu Gao 《hLife》 2023年第2期115-123,共9页
Leptin receptor(LepR)signaling plays an essential role in balancing food intake and energy expenditure.The architec-ture of LepR signaling assembly is critical for its function.In this study,we determined the structur... Leptin receptor(LepR)signaling plays an essential role in balancing food intake and energy expenditure.The architec-ture of LepR signaling assembly is critical for its function.In this study,we determined the structures of three distinct conformations of human leptin–LepR using cryo-electron microscopy at resolutions of 3.88,3.77,and 3.58Å.Both 2:2 and 3:3 stoichiometric assemblies were observed,and the complexes exhibited asymmetric open conformations.Lep-tin undergoes substantial rearrangement of its flexible regions to accommodate binding to LepR.The assembled leptin–LepR complexes connect through a“hand-in-hand”geometry.The open,interlocked 3:3 trimeric assembly results from the engagement of a third leptin–LepR heterodimer with a 2:2 dimer.The asymmetric geometry of LepR is substantially distinct from that of other gp130 cytokine homologs,and that may be due to the twisted and rigid interface between the D3 and D4 domains.These results highlight the distinct engagement of leptin with LepR and provide important insights into the structural plasticity of LepR-signaling assemblies. 展开更多
关键词 LepR leptin signaling cryo-electron microscopy(cryo-em)
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Applications and prospects of cryo-EM in drug discovery
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作者 Kong-Fu Zhu Chuang Yuan +8 位作者 Yong-Ming Du Kai-Lei Sun Xiao-Kang Zhang Horst Vogel Xu-Dong Jia Yuan-Zhu Gao Qin-Fen Zhang Da-Ping Wang Hua-Wei Zhang 《Military Medical Research》 SCIE CAS CSCD 2023年第6期848-861,共14页
Drug discovery is a crucial part of human healthcare and has dramatically benefited human lifespan and life quality in recent centuries, however, it is usually time-and effort-consuming. Structural biology has been de... Drug discovery is a crucial part of human healthcare and has dramatically benefited human lifespan and life quality in recent centuries, however, it is usually time-and effort-consuming. Structural biology has been demonstrated as a powerful tool to accelerate drug development. Among different techniques, cryo-electron microscopy(cryo-EM) is emerging as the mainstream of structure determination of biomacromolecules in the past decade and has received increasing attention from the pharmaceutical industry. Although cryo-EM still has limitations in resolution, speed and throughput, a growing number of innovative drugs are being developed with the help of cryo-EM. Here, we aim to provide an overview of how cryo-EM techniques are applied to facilitate drug discovery. The development and typical workflow of cryo-EM technique will be briefly introduced, followed by its specific applications in structure-based drug design, fragment-based drug discovery, proteolysis targeting chimeras, antibody drug development and drug repurposing. Besides cryo-EM, drug discovery innovation usually involves other state-of-the-art techniques such as artificial intelligence(AI), which is increasingly active in diverse areas. The combination of cryo-EM and AI provides an opportunity to minimize limitations of cryo-EM such as automation, throughput and interpretation of mediumresolution maps, and tends to be the new direction of future development of cryo-EM. The rapid development of cryo-EM will make it as an indispensable part of modern drug discovery. 展开更多
关键词 cryo-electron microscopy(cryo-em) Drug discovery Structure-based drug design Fragment-based drug discovery Proteolysis targeting chimeras Drug repurposing Artificial intelligence(AI)
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Cryo-EM Studies of Virus-Antibody Immune Complexes
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作者 Na Li Zhiqiang Li +1 位作者 Yan Fu Sheng Cao 《Virologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2020年第1期1-13,共13页
Antibodies play critical roles in neutralizing viral infections and are increasingly used as therapeutic drugs and diagnostic tools. Structural studies on virus-antibody immune complexes are important for better under... Antibodies play critical roles in neutralizing viral infections and are increasingly used as therapeutic drugs and diagnostic tools. Structural studies on virus-antibody immune complexes are important for better understanding the molecular mechanisms of antibody-mediated neutralization and also provide valuable information for structure-based vaccine design.Cryo-electron microscopy(cryo-EM) has recently matured as a powerful structural technique for studying bio-macromolecular complexes. When combined with X-ray crystallography, cryo-EM provides a routine approach for structurally characterizing the immune complexes formed between icosahedral viruses and their antibodies. In this review, recent advances in the structural understanding of virus-antibody interactions are outlined for whole virions with icosahedral T = pseudo 3(picornaviruses) and T = 3(flaviviruses) architectures, focusing on the dynamic nature of viral shells in different functional states. Glycoprotein complexes from pleomorphic enveloped viruses are also discussed as immune complex antigens. Improving our understanding of viral epitope structures using virus-based platforms would provide a fundamental road map for future vaccine development. 展开更多
关键词 cryo-electron microscopy(cryo-em) ICOSAHEDRAL ANTIGEN VIRION IMMUNE complex
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冷冻电镜表征锂电池中的辐照敏感材料 被引量:2
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作者 翁素婷 刘泽鹏 +7 位作者 杨高靖 张思蒙 张啸 方遒 李叶晶 王兆翔 王雪锋 陈立泉 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期760-780,共21页
冷冻电镜(cryo-EM)是表征辐照敏感材料的有力工具,已经在生命科学领域得到了广泛的应用和认可,并在2017年获得了诺贝尔化学奖。同年,冷冻电镜首次被应用于观察金属锂的纳米结构,取得了一些前所未有的结果,从此也在电池领域备受关注和蓬... 冷冻电镜(cryo-EM)是表征辐照敏感材料的有力工具,已经在生命科学领域得到了广泛的应用和认可,并在2017年获得了诺贝尔化学奖。同年,冷冻电镜首次被应用于观察金属锂的纳米结构,取得了一些前所未有的结果,从此也在电池领域备受关注和蓬勃发展。冷冻或低温不仅可以有效地缓解高能电子束对样品造成的辐照损伤,而且可以大幅降低样品的反应活性,提高样品的稳定性。冷冻电镜可以为辐照敏感材料提供纳米甚至是原子尺度的微观结构信息。本文重点介绍了冷冻电镜在表征锂电池中辐照敏感材料的相关应用和成果,包括冷冻聚焦离子束-扫描电子显微镜(cryo-FIB-SEM)和冷冻透射电子显微镜(cryo-TEM),以便读者了解冷冻电镜在解析电池工作机理和指导材料结构设计等方面发挥的优势和作用。随后,展示了冷冻电镜在金属锂的沉积/溶解行为、固体电解质界面(SEI)膜的纳米结构、亲锂材料的储锂机理、全固态电池中固-固界面以及正极材料表面的固体电解质界面(CEI)膜等方面的应用与研究成果。最后,展望了冷冻电镜在未来的技术发展及其在电池领域的潜在应用与机遇。冷冻电镜技术的发展将有助于解析电池材料与界面结构,了解电池运行和失效机制,从而促进高比能和高安全性电池的发展。 展开更多
关键词 冷冻电镜(cryo-em) 冷冻聚焦离子束-扫描电子显微镜(cryo-FIB-Sem) 冷冻透射电子显微镜(cryo-Tem) 金属锂电池 固体电解质界面(SEI)膜 正极电解质界面(CEI)膜
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Development of Neutralizing Antibodies against Zika Virus Based on Its Envelope Protein Structure 被引量:2
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作者 Chunpeng Yang Rui Gong Natalia de Val 《Virologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2019年第2期168-174,共7页
As we know more about Zika virus(ZIKV), as well as its linkage to birth defects(microcephaly) and autoimmune neurological syndromes, we realize the importance of developing an efficient vaccine against it. Zika virus ... As we know more about Zika virus(ZIKV), as well as its linkage to birth defects(microcephaly) and autoimmune neurological syndromes, we realize the importance of developing an efficient vaccine against it. Zika virus disease has affected many countries and is becoming a major public health concern. To deal with the infection of ZIKV, plenty of experiments have been done on selection of neutralizing antibodies that can target the envelope(E) protein on the surface of the virion. However, the existence of antibody-dependent enhancement(ADE) effect might limit the use of them as therapeutic candidates. In this review, we classify the neutralizing antibodies against ZIKV based on the epitopes and summarize the resolved structural information on antibody/antigen complex from X-ray crystallography and cryo-electron microscopy(cryo-EM), which might be useful for further development of potent neutralizing antibodies and vaccines toward clinical use. 展开更多
关键词 Zika VIRUS (ZIKV ENVELOPE protein NEUTRALIZING ANTIBODY X-ray CRYSTALLOGRAPHY cryo-electron microscopy (cryo-em)
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冷冻电镜观察固态锂电池界面
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作者 李伟萍 翁素婷 +3 位作者 方遒 苏东 王兆翔 王雪锋 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期86-95,共10页
固态锂电池(SSLBs)有望兼顾高能量密度和高安全性,是未来电池领域的重要发展方向。固态电解质(SSE)与电极材料之间存在界面阻抗大、相容性差等问题,严重地制约着它的发展。然而,由于辐照敏感特性,难以直接采用常规透射电子显微镜(TEM)... 固态锂电池(SSLBs)有望兼顾高能量密度和高安全性,是未来电池领域的重要发展方向。固态电解质(SSE)与电极材料之间存在界面阻抗大、相容性差等问题,严重地制约着它的发展。然而,由于辐照敏感特性,难以直接采用常规透射电子显微镜(TEM)观察界面结构。冷冻电镜(Cryo⁃EM)可以有效地缓解辐照损伤,提供更准确、真实的结构信息,有助于深入理解界面微观结构与SSLBs电化学性能之间的构效关系。本文综述了Cryo⁃EM用于观测SSLBs界面的晶体结构和化学组成,揭示了界面形成和演化机制以及SSLBs的失效机制。最后展望了Cryo⁃EM在表征SSLBs界面所面临的挑战和未来的研究方向。Cryo⁃EM在SSLBs界面研究中发挥越来越重要的作用,逐渐成为推动高性能SSLBs发展的必备技术。 展开更多
关键词 固态锂电池(SSLBs) 冷冻电镜(cryo-em) 固态电解质界面相(SEI) 固态电解质(SSE) 正极电解质界面层(CEI)
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基于SIMD的并行傅里叶空间图像相似度计算 被引量:4
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作者 郭渝洛 边浩东 +3 位作者 董润婷 唐嘉豪 王晓英 黄建强 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期247-253,共7页
在冷冻电镜三维重建计算模型中,傅里叶空间图像相似度算法被频繁调用,大量的计算开销导致模型整体运行速度变慢。针对该问题,提出一种基于SIMD的并行傅里叶空间图像相似度算法。通过手动负载均衡方式最大化CPU的线程使用率,添加AVX-512... 在冷冻电镜三维重建计算模型中,傅里叶空间图像相似度算法被频繁调用,大量的计算开销导致模型整体运行速度变慢。针对该问题,提出一种基于SIMD的并行傅里叶空间图像相似度算法。通过手动负载均衡方式最大化CPU的线程使用率,添加AVX-512指令集增强CPU矢量寄存器的作用,同时设计高效的数据结构提升内存访问效率。在Intel Xeon Platinum 9242平台上的实验结果表明,与原始的OpenMP并行模型相比,经该算法优化后的程序可获得平均5.132倍的加速比,并且具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 冷冻电镜 负载均衡 缓存 单指令多数据流矢量化 傅里叶空间 图像相似度计算 并行计算
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岩土材料中冰分布状态的冷冻电镜表征方法
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作者 王子振 王晓康 +3 位作者 申凯翔 苏捷 赵志强 周卫东 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第2期8-12,114,共6页
为从微观角度定量描述冰在岩土材料中的分布特征,基于冷冻电镜技术提出了一种微观尺度的实验表征方法。针对不同冰饱和度人造岩芯样品的二次电子图像和能谱分析图,通过元素含量分布、升华前后图像对比确认了冰在岩土材料中的分布状态。... 为从微观角度定量描述冰在岩土材料中的分布特征,基于冷冻电镜技术提出了一种微观尺度的实验表征方法。针对不同冰饱和度人造岩芯样品的二次电子图像和能谱分析图,通过元素含量分布、升华前后图像对比确认了冰在岩土材料中的分布状态。随着冰饱和度的增加,骨架孔隙被冰填充、骨架颗粒表面被冰包裹区域增大,样品断面更密实平整,岩土骨架的堆积结构特征变弱。在背散射电子图像中,冰的图像比岩土骨架亮度低、灰度高,基于此构建了冰饱和度的数字图像计算方法。该方法计算的升华前冰饱和度与样品预制冰饱和度偏差小于5%,验证了其可靠性。 展开更多
关键词 岩土材料 冷冻电镜 冰分布状态 数字图像分析
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单颗粒冷冻电镜技术在核糖体抗生素耐药机理研究中的应用 被引量:3
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作者 王婧芬 华孝挺 +4 位作者 张小东 吴航军 张兴 俞云松 吴永平 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期550-555,共6页
抗生素是现代医学的基础,随着抗生素在临床上广泛长期应用,细菌的耐药性日益显著,已成为人类健康的威胁。核糖体负责翻译遗传信息合成细胞中的所有蛋白质,是抗生素的主要靶点之一。本文从显微结构层次对核糖体抗生素的耐药性机理进行了... 抗生素是现代医学的基础,随着抗生素在临床上广泛长期应用,细菌的耐药性日益显著,已成为人类健康的威胁。核糖体负责翻译遗传信息合成细胞中的所有蛋白质,是抗生素的主要靶点之一。本文从显微结构层次对核糖体抗生素的耐药性机理进行了总结,论述了核糖体基因突变,核糖体修饰及核糖体的保护机制导致细菌耐药性产生的分子机理,展望了未来冷冻电镜显微技术在揭示核糖体抗生素耐药性机理研究中的作用和前景。 展开更多
关键词 冷冻电镜 抗生素 细菌耐药性 核糖体 核糖体基因突变
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Structural dynamics of the yeast Shwachman- Diamond syndrome protein (Sdol) on the ribosome and its implication in the 60S subunit maturation
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作者 Chengying Ma Kaige Yan +7 位作者 Dan Tan Ningning Li Yixiao Zhang Yi Yuan Zhifei Li Meng-Qiu Dong Jianlin Lei Ning Gao 《Protein & Cell》 SCIE CAS CSCD 2016年第3期187-200,共14页
The human Shwachman-Diamond syndrome (SDS) is an autosomal recessive disease caused by mutations in a highly conserved ribosome assembly factor SBDS. The functional role of SBDS is to cooperate with another assembly... The human Shwachman-Diamond syndrome (SDS) is an autosomal recessive disease caused by mutations in a highly conserved ribosome assembly factor SBDS. The functional role of SBDS is to cooperate with another assembly factor, elongation factor l-like (Eft1), to pro- mote the release of eukaryotic initiation factor 6 (elF6) from the late-stage cytoplasmic 60S precursors. In the present work, we characterized, both biochemically and structurally, the interaction between the 60S subunit and SBDS protein (Sdolp) from yeast. Our data show that Sdolp interacts tightly with the mature 60S subunit in vitro through its domain I and II, and is capable of bridging two 60S subunits to form a stable 2:2 dimer. Structural analysis indicates that Sdolp bind to the ribosomal P-site, in the proximity of uL16 and uL5, and with direct contact to H69 and H38. The dynamic nature of Sdolp on the 60S subunit, together with its strategic binding position, suggests a surveillance role of Sdolp in monitoring the conformational maturation of the ribosomal P-site. Altogether, our data support a con- formational signal-relay cascade during late-stage 60S maturation, involving uL16, Sdolp, and Efllp, which interrogates the functional P-site to control the departure of the anti-association factor elF6. 展开更多
关键词 ribosome biogenesis SBDS SDS Sdol cryo-electron microscopy cryo-em
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Structural biology revolution led by technical breakthroughs in cryo-electron microscopy
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作者 Chang-Cheng Yin 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第5期49-58,共10页
Recent technical breakthroughs in cryo-electron microscopy(cryo-EM) revolutionized structural biology, which led to the 2017 Nobel Prize in chemistry being awarded to three scientists, Jacques Dubochet, Joachim Fran... Recent technical breakthroughs in cryo-electron microscopy(cryo-EM) revolutionized structural biology, which led to the 2017 Nobel Prize in chemistry being awarded to three scientists, Jacques Dubochet, Joachim Frank, and Richard Henderson, who made groundbreaking contributions to the development of cryo-EM. In this review, I will give a comprehensive review of the developmental history of cryo-EM, the technical aspects of the breakthrough in cryo-EM leading to the structural biology revolution, including electron microscopy, image recording devices and image processing algorithms,and the major scientific achievements by Chinese researchers employing cryo-EM, covering protein complexes involved in or related to gene expression and regulation, protein synthesis and degradation, membrane proteins, immunity, and viruses.Finally, I will give a perspective outlook on the development of cryo-EM in the future. 展开更多
关键词 cryo-electron microscopy cryo-em structural biology protein molecular machinery
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冷冻电子显微镜技术进展及环境研究应用 被引量:1
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作者 杨宇洁 巩宇锈 +1 位作者 顾天航 张伟贤 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第8期990-1001,共12页
电子显微镜是表征微观粒子结构的必要手段,但预处理过程会对含水样品结构造成破坏,导致结果失真.冷冻电子显微镜(Cryo-EM)技术通过将样品在低温下快速冷冻,使水合样品处于无定形玻璃态冰层内,在保障高真空度要求的同时减少电子辐射对样... 电子显微镜是表征微观粒子结构的必要手段,但预处理过程会对含水样品结构造成破坏,导致结果失真.冷冻电子显微镜(Cryo-EM)技术通过将样品在低温下快速冷冻,使水合样品处于无定形玻璃态冰层内,在保障高真空度要求的同时减少电子辐射对样品的破坏,目前已成为高分辨地观察含水样品原始状态下结构最先进的手段,在生物、材料等领域应用广泛.本综述总结了冷冻电镜在电子元件、成像技术与分辨率等方面的进展,综述了样品制备方法及三维重构技术.鉴于绝大多数环境样品为含水样品,冷冻电镜技术在大气、水体、土壤等环境介质中的应用扩宽和深化了对环境中微纳米粒子本身形态结构和粒子间相互作用关系的理解.我们期待冷冻电镜为环境科学研究带来突破性贡献. 展开更多
关键词 冷冻电镜 快速冷冻 含水样品 玻璃态冰 三维重构 环境化学
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基于小波包变换的冷冻电镜单颗粒重构局域滤波算法 被引量:1
15
作者 赵赫 李雪明 沈渊 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期282-287,共6页
冷冻电镜技术和单颗粒重构算法是获取生物大分子结构的重要方法。对于许多具有局部柔性结构的生物大分子,其重构密度图中柔性区域的重构信噪比会低于其它较为稳定的区域。本文利用小波包变换的时频局部分析能力,定义了一种能够反映重构... 冷冻电镜技术和单颗粒重构算法是获取生物大分子结构的重要方法。对于许多具有局部柔性结构的生物大分子,其重构密度图中柔性区域的重构信噪比会低于其它较为稳定的区域。本文利用小波包变换的时频局部分析能力,定义了一种能够反映重构密度图局域信噪比的指标--小波邻域相关系数,并提出了一种以小波邻域相关系数作为门限准则的局域滤波算法。实验表明该算法在GspD蛋白质重构上有良好效果,能够将分辨率从0.30 nm提高到0.29 nm。 展开更多
关键词 冷冻电镜 单颗粒重构 小波包变换 局域滤波
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冷冻电镜图像生物大分子颗粒识别方法研究 被引量:1
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作者 巫小蓉 吴效明 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1178-1182,共5页
冷冻电镜(Cryo-EM)图像生物大分子颗粒识别是Cryo-EM单颗粒三维重构非常重要的环节。为了满足三维结构分辨率越来越高的要求,需要提取更多的大分子颗粒投影。人工颗粒选择尽管有计算机辅助预选,仍然成为整个三维重构的瓶颈。Cryo-EM图... 冷冻电镜(Cryo-EM)图像生物大分子颗粒识别是Cryo-EM单颗粒三维重构非常重要的环节。为了满足三维结构分辨率越来越高的要求,需要提取更多的大分子颗粒投影。人工颗粒选择尽管有计算机辅助预选,仍然成为整个三维重构的瓶颈。Cryo-EM图像低信噪比和低对比度的特点增大了生物大分子颗粒自动识别的难度。这引起了研究者的关注,很多方法被提出。阐述模板匹配、边缘检测和图像分割方法、基于特征的方法、神经网络、基于DoG的方法和模拟退火算法在Cryo-EM图像生物大分子颗粒识别中的运用,讨论各种方法的特点,并初步探讨未来研究及改进的方向。 展开更多
关键词 颗粒检测 生物大分子三维重构 冷冻电镜 交叉相关 模式识别
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埃可病毒11型利用双受体CD55和FcRn侵染细胞的分子结构基础
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作者 牛胜 刘闯 +7 位作者 刘聪聪 刘升 宋洋 张勇 田文霞 赵欣 王培毅 高福 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期67-79,共13页
埃可病毒11型属于小RNA病毒科,肠道病毒属,是B族肠道病毒中的一个重要血清型.埃可病毒11型可导致儿童和青少年脑炎和脑膜炎等疾病,在婴儿和新生儿中导致重症感染甚至致命的病例也时有报道.此外,埃可病毒11型还多次在新生儿和婴幼儿群体... 埃可病毒11型属于小RNA病毒科,肠道病毒属,是B族肠道病毒中的一个重要血清型.埃可病毒11型可导致儿童和青少年脑炎和脑膜炎等疾病,在婴儿和新生儿中导致重症感染甚至致命的病例也时有报道.此外,埃可病毒11型还多次在新生儿和婴幼儿群体中引起暴发性感染,如2019年中国广东省发生的院内感染暴发事件,造成了19例新生儿的感染和5例死亡,严重威胁人类健康和公共卫生安全.CD55是20世纪90年代初发现的部分埃可病毒的吸附受体,该受体可以帮助病毒吸附在细胞表面,但并不能介导病毒完成完整的入侵过程.我们在2019年的研究中,发现了人新生儿Fc受体(neonatal Fc receptor,FcRn)是B族肠道病毒的通用脱衣壳受体,并以埃可病毒6型为例解析了病毒入侵机制.本研究利用冷冻电子显微镜技术,解析了埃可病毒11型在入侵过程中不同pH条件下各阶段的病毒颗粒结构,以及病毒与两受体的复合物,共10个原子或近原子水平高分辨率冷冻电子显微镜结构,并结合表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)和脂质体模拟试验等分子水平试验,系统地阐述了埃可病毒11型利用CD55和FcRn"双受体系统"入侵细胞的分子机制.埃可病毒11型利用其VP2、VP3结构域与吸附受体CD55的3、4两个短同源重复(short consensus repeat,SCR)结构域结合,结合后病毒颗粒不发生变构.病毒与脱衣壳受体Fc Rn结合之后,开始发生变构,并可在脂质体膜的辅助作用下释放遗传物质完成脱衣壳.与埃可病毒6型不同的是,埃可病毒11型结合FcRn之后在中性条件下即可起始变构.本项研究解析了重要病原埃可病毒11型侵染细胞的分子结构基础,并进一步完善了非囊膜病毒的"双受体"入侵模型. 展开更多
关键词 埃可病毒11型 肠道病毒 冷冻电子显微镜 入侵 双受体系统 CD55 FCRN
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面向GPU的单颗粒冷冻电镜软件RELION并行与优化
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作者 苏华友 温文 李东升 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期409-417,共9页
单颗粒冷冻电镜是结构生物学研究的重要手段之一,基于贝叶斯理论的冷冻电镜3维图像数据处理软件RELION(regularized likelihood optimization)具有很好的性能和易用性,受到广泛关注.然而其计算需求极大,限制了RELION的应用.针对RELION... 单颗粒冷冻电镜是结构生物学研究的重要手段之一,基于贝叶斯理论的冷冻电镜3维图像数据处理软件RELION(regularized likelihood optimization)具有很好的性能和易用性,受到广泛关注.然而其计算需求极大,限制了RELION的应用.针对RELION算法的特点,研究了基于GPU的并行优化问题.首先全面分析了RELION的原理、RELION程序的算法结构及性能瓶颈;在此基础上,针对GPU细粒度体系结构对程序进行优化设计,提出了基于GPU的多级并型模型.为了获得良好的性能,对RELION的数据结构进行重组.为了避免GPU存储空间不足的问题,设计了自适应并行框架.实验结果表明:基于GPU的RELION实现可以获得良好的性能,相比于单CPU,整个应用的加速比超过36倍,计算密集型算法的加速比达到75倍以上.在多GPU上的测试结果表明基于GPU的RELION具有很好的可扩展性. 展开更多
关键词 冷冻电镜 正则化似然优化 图形图像处理器 并行计算 高性能计算
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结构生物学的新进展 被引量:1
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作者 张景强 卢炘英 张勤奋 《物理》 CAS 北大核心 2001年第7期407-412,共6页
文章概括地介绍了结构生物学在整个生命科学中的地位 ,结构生物学的研究内容和结构生物学的三种主要的研究方法 [X射线单晶衍射方法、核磁共振 (NMR)方法和电子显微方法 ],介绍了这三种方法在近年来所取得的新成果 .重点介绍了冷冻电子... 文章概括地介绍了结构生物学在整个生命科学中的地位 ,结构生物学的研究内容和结构生物学的三种主要的研究方法 [X射线单晶衍射方法、核磁共振 (NMR)方法和电子显微方法 ],介绍了这三种方法在近年来所取得的新成果 .重点介绍了冷冻电子显微技术结合计算机三维重构技术研究病毒三维结构的方法、特点以及所取得的成果 .并简单介绍了物理学家在结构生物学研究中的作用 . 展开更多
关键词 结构生物学 三维结构 计算机重构方法 病毒 冷冻电子显微技术 核磁共振法
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