马克斯·普朗克学会卡门·罗特著 脱铁蛋白蛋白的一部分(黄色)，酪氨酸侧链以灰色突出显示
氨基酸酪氨酸由结构中可单独识别的几个原子组成(红色网格结构)
信用:MPI f
生物物理化学/霍尔格·斯塔克 哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所的霍尔格·斯塔克和他的团队打破了低温电子显微镜的一个关键分辨率障碍
他的团队第一次成功地观察到了蛋白质结构中的单个原子，并用这种方法拍摄了有史以来最清晰的图像
这种详细的见解使我们更容易理解蛋白质是如何在活细胞中发挥作用或导致疾病的
这项技术也可以用于未来开发新药
自新冠肺炎大流行爆发以来，世界各地的科学家一直在解决新型冠状病毒重要关键蛋白质的三维结构
他们的共同目标是找到有效对抗病原体的活性化合物的停靠点
一种应用的方法是低温电子显微镜，它可以用来使生物分子的三维结构可见
由于这些结构高度灵活，这不是一件容易的事
为了捕捉模糊的分子而不损坏它们，它们会非常迅速地冷却下来，或者说是被电击冻结
此后，用电子轰击冷冻的样品，并记录得到的图像
利用这些，可以计算出分子的三维结构
这项技术的三位先驱，雅克·杜波切特、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森，因低温电磁的发展而获得2017年诺贝尔化学奖
分辨率的世界纪录允许看到蛋白质中的单个原子 斯塔克的团队现在已经用这个团队新开发的独特低温电子显微镜打破了低温电磁分辨率的障碍
“我们为设备配备了两个额外的电子光学元件，以进一步提高图像质量和分辨率
这确保了光学透镜的成像误差，即所谓的像差，不再起作用，”马克斯·普朗克主任解释说
他的博士生卡曼·叶补充道:“电子显微镜是光学仪器，在物理上类似于照相机
电子显微镜的像差在低温电磁中的干扰方式与照相机在摄影中的干扰方式非常相似
因此，为了大幅提高图像质量，避免这些像差误差至关重要
" 使用新的显微镜，科学家们已经拍摄了100多万张蛋白质脱铁蛋白的图像，以1
25埃
一埃相当于百万分之一毫米的十分之一
“我们现在设想蛋白质中的单个原子——这是我们领域的一个里程碑，”结构生物学家斯塔克解释道
“对我们来说，这就像给显微镜戴上超级眼镜
新的结构揭示了前所未见的细节:我们甚至可以看到氢原子的密度和单原子的化学修饰
" 剑桥大学(英国)医学研究委员会分子生物学实验室的同事们也证明了低温电磁在高分辨率三维蛋白质结构成像方面的巨大潜力
他们用不同的方法获得了同样高的分辨率
“现在可以想象，低温电磁在未来甚至能够实现亚原子分辨率，”研究人员说
基于结构的药物设计基础 但是能够以如此前所未有的原子分辨率研究蛋白质结构有什么好处呢？为了理解一台人造机器是如何工作的，人们必须直接观察它的工作部件
蛋白质也是如此——活细胞的纳米机器
为了了解它们是如何完成任务的，我们必须知道蛋白质所有原子的确切位置
这些详细的见解也与基于结构的药物设计相关
例如，用于药物的化合物被定制为与病毒蛋白结合，并阻断其功能
但是抑制的潜在机制是什么呢？研究人员只有在原子水平上观察一种化合物和一种病毒蛋白是如何相互作用的，才能阐明和理解这一点
这种新的见解有助于改进药物分子和减少副作用
斯塔克说:“随着打破低温电磁分辨率的障碍，这项技术已经达到了一个水平，对药物开发的好处是显而易见的。”
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