المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الاحياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10456 موضوعاً
النبات
الحيوان
الأحياء المجهرية
علم الأمراض
التقانة الإحيائية
التقنية الحياتية النانوية
علم الأجنة
الأحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
المضادات الحيوية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
ونواقض الوضوء وبدائله
2024-05-02
معنى مثقال ذرة
2024-05-02
معنى الجار ذي القربى
2024-05-02
{واللاتي‏ تخافون نشوزهن}
2024-05-02
ما هي الكبائر
2024-05-02
شعر لأحمد بن أفلح
2024-05-02

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Cryoelectron Microscopy  
  
1798   12:05 صباحاً   date: 29-12-2015
Author : J. Brink, W. Chiu, and M. Dougherty
Book or Source : Ultramicroscopy 46, 229–240
Page and Part :

Cryoelectron Microscopy

 

Cryoelectron microscopy can be divided into two classes, depending on whether the specimen is hydrated or dry. Table 1 provides a brief description of the possible methods of specimen preparation. In each method, the specimen is initially frozen and can subsequently be observed in a cryoelectron microscope, or can be further preserved by drying or making a replica for observation in a conventional electron microscope.

Table 1. Methods of Specimen Preparation in Cryoelectron Microscopy

The development of techniques for visualizing frozen hydrated tissues and macromolecules has been a boon for studying structures in a state that closely approximates their native condition (1). Because freezing takes place very rapidly, these techniques offer the ability to examine dynamic events with high time resolution. For example, the structure of the open-channel form of the acetylcholine receptor was elucidated from membrane crystals that were briefly activated (< 5 ms) with droplets containing acetylcholine (2). Small conformational changes triggered by acetylcholine were detected in the frozen hydrated crystals. The spatial resolution of periodic structures, eg, protein crystals, can also be high, extending to 3.3 Å (3; Perkins, unpublished results). Moreover, these structures can be examined unstained by utilizing the intrinsic contrast difference between the biological specimen and vitreous ice. Thus, the effects of solvent composition on the structure and aspects of interacting components can be examined (2).

Fundamental to examining frozen hydrated specimens is the preservation of the environment by rapid freezing (4). Rapid freezing causes the water of the specimen and its environment to be trapped in a vitreous (amorphous or glass-like) state. This vitreous state prevents damage to the specimen caused by the formation of ice crystals when the specimen is frozen more slowly. The specimens preserved in thin films of vitreous ice generally retain a high degree of structural integrity. However, it is crucial to maintain the specimen at below ~ –140° C because vitreous ice tends to crystallize above this temperature (4.(

 A wide range of frozen hydrated specimens has been examined in cryoelectron microscopes. Most studies have concentrated on macromolecules and their assemblies hydrated and frozen in thin films. To a lesser extent cryosections of biological tissues have also been studied (5-9), but the difficulty of freezing of bulk material without formation of ice crystals has hampered progress. The first published results obtained of macromolecules were from viruses, fairly robust particles (10). Early work produced 3-D reconstructions at relatively low resolution, ~ 2–3 nm (10-13), although certain viruses produced data to ~ 1 nm resolution (14). Important new information about viral structures was obtained even at lower resolution. Recent work has extended the resolution of complex viruses beyond 1 nm (15, 16). By combining cryoelectron microscopy with X-ray crystallography, near atomic resolution detail of the overall architecture of large complexes and of the interactions between the components can be obtained. An instructive example is the 3-D structure of rhinovirus 14 complexed with Fab fragments determined at 0.4 nm resolution (17).

Although the contrast in frozen hydrated specimens is low compared to negatively stained specimens, the signal can be significantly boosted by averaging many identical particles together using Fourier averaging for crystals (2, 17) and correlational averaging for single particles as discussed below (15, 16, 18). Vitreous ice embedment is particularly useful for visualizing the specimen interior compared to negative stain, which accumulates around areas accessible to the aqueous phase, thus usually showing only the molecular envelope. Hence, in general only those portions of integral membrane proteins extending beyond the lipid bilayer are observed in negative stain. However, exceptions to this limitation of negatively stained membrane proteins have been found (19-22). In certain instances, frozen hydrated crystals of membrane proteins do not provide resolution as high as the same crystals in negative stain (23). Vitreous ice embedment of delicate specimens, such as chromosomes or DNA fragments (9, 24, 25) has provided impressive results, since this type of specimen is commonly poorly preserved in other embedment media. Another example is the direct visualization by cryoelectron microscopy of A-, P-, and E-site transfer RNAs in the E. coli ribosome (26).

Cryofixation of tissues is an alternative to conventional chemical fixation of subcellular ultrastructure. Vitrification of ice can frequently be achieved to a depth of 10–20 µm when tissues are frozen by slamming them against a polished copper block cooled to the temperature of liquid nitrogen or liquid helium (27). High-pressure freezing can freeze samples in vitreous ice to depths as great as 100 µm, since the increase in volume going from water to ice is impaired by a high-pressure environment inhibiting the growth of ice crystals. Cryofixation is usually the choice for immunocytochemistry because it retains the antigenic properties of the specimen better than chemical fixation. With good vitrification, freeze-etching or freeze-substitution (Table 1) can provide information about structures stabilized with a mechanism different from chemical fixation.

References

1. J. Jaffe and R. M. Glaeser (1984) Ultramicroscopy 13, 373–378

2. P. N. T. Unwin (1995) Nature 373, 37–43

3. J. Brink, W. Chiu, and M. Dougherty (1992) Ultramicroscopy 46, 229–240

4. J. Dubochet et al. (1982) J. Microscopy 128, 219–237

5. J.-J. Chang et al. (1983) J. Microscopy 132, 109–123

6. J. Dubochet et al. (1983) J. Bacteriol. 155, 381–390

7. A. W. McDowall et al. (1983) J. Microscopy 131, 1–9

8. A. W. McDowall et al. (1984) J. Mol. Biol. 178, 105–11

9. A. W. McDowall, J. M. Smith, and J. Dubochet (1986) EMBO J. 5, 1395–1402

10. J. Adrian et al. (1984) Nature 308, 32–36

11. J. Lepault and K. Leonard (1985) J. Mol. Biol. 182, 431–441

12. F. P. Booy et al. (1985) J. Mol. Biol. 184, 667–676

13. R. H. Vogel et al. (1986) Nature 320, 533–535

14. J. Lepault (1985) J. Microscopy 140, 73–80

15. B. Bottcher, S. A. Wynne, and R. A. Crowther (1997) Nature 386, 88–91

16. J. F. Conway et al. (1997) Nature 386, 91–94

17. T. J. Smith (1996) Nature 383, 350–354

18. M. van Heel, G. Harauz, and E. V. Orlova (1992) J. Struct. Biol. 116, 17–24

19. B. Karlsson et al. (1983) J. Mol. Biol. 165, 287–302

20. B. Bottcher, P. Graber, and E. J. Boekema (1992) Biochem. Biophys. Acta 1100, 125–136.

21. S. Karrasch et al. (1996) J. Mol. Biol. 262, 336–348

22. G. A. Perkins et al. (1997) Biophys. J. 72, 533–544

23.  J. M. Valpuesta, R. Henderson, and T. G. Frey (1990) J. Mol. Biol. 214, 237–251

24. J. Dubochet et al. (1994) Nature Struct. Biol. 1, 361–363

25. J. Bednar et al. (1995) J. Mol. Biol. 254, 579–594

26. R. K. Agrawal et al. (1996) Science 271, 1000–1002

27. J. Dubochet (1995) Trends Cell Biol. 5, 366–369.

 




علم الأحياء المجهرية هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة من حيث الحجم والتي لا يمكن مشاهدتها بالعين المجرَّدة. اذ يتعامل مع الأشكال المجهرية من حيث طرق تكاثرها، ووظائف أجزائها ومكوناتها المختلفة، دورها في الطبيعة، والعلاقة المفيدة أو الضارة مع الكائنات الحية - ومنها الإنسان بشكل خاص - كما يدرس استعمالات هذه الكائنات في الصناعة والعلم. وتنقسم هذه الكائنات الدقيقة إلى: بكتيريا وفيروسات وفطريات وطفيليات.



يقوم علم الأحياء الجزيئي بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء والكيمياء وبشكل خاص مع علم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. يهتم علم الاحياء الجزيئي بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الدنا (DNA) والرنا (RNA) وعملية تصنيع البروتينات إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.



علم الوراثة هو أحد فروع علوم الحياة الحديثة الذي يبحث في أسباب التشابه والاختلاف في صفات الأجيال المتعاقبة من الأفراد التي ترتبط فيما بينها بصلة عضوية معينة كما يبحث فيما يؤدي اليه تلك الأسباب من نتائج مع إعطاء تفسير للمسببات ونتائجها. وعلى هذا الأساس فإن دراسة هذا العلم تتطلب الماماً واسعاً وقاعدة راسخة عميقة في شتى مجالات علوم الحياة كعلم الخلية وعلم الهيأة وعلم الأجنة وعلم البيئة والتصنيف والزراعة والطب وعلم البكتريا.




جمعيّة العميد وقسم الشؤون الفكريّة تدعوان الباحثين للمشاركة في الملتقى العلمي الوطني الأوّل
الأمين العام المساعد لجامعة الدول العربية السابق: جناح جمعية العميد في معرض تونس ثمين بإصداراته
المجمع العلمي يستأنف فعاليات محفل منابر النور في واسط
برعاية العتبة العباسيّة المقدّسة فرقة العبّاس (عليه السلام) تُقيم معرضًا يوثّق انتصاراتها في قرية البشير بمحافظة كركوك