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低温冷冻电镜的门道和方法学 精选

已有 10612 次阅读 2015-5-6 06:28 |个人分类:镜子大全|系统分类:观点评述| 电镜, 低温冷冻

外行看热闹,内行看门道
作者: mirror (*)
日期: 05/05/2015 17:12:25

《外行看热闹,内行看门道:从低温冷冻电镜的近热看创新》是个好文章。虽然王博主对低温冷冻电镜的理解还不到位,但是对方法学重要性的认识还是相当深刻的。

方法学的重要性大约没有人会否定。但是科学共同体“集体出错”的事情时有发生。“集体出错”的事例有许多:比如法英的协和号飞机,比如美国航天飞机,都是这类错误的代表。曾几何时,有过一些人主张用X线激光解析(单分子)蛋白质的结构问题。直到Cryo-EM对(单分子)蛋白质的结构解析成功后,用X线激光(FEL)做结构分析的事儿才算是没人提了,改提时间分辨了。时间分辨能走多远?镜某不知道。作为研发,X线激光技术还是要做下去的。只是不要扯那些不靠谱的理由来做目的。

透过电镜(TEM)的分辨率当初并不很高,原因在于“镜头”的收差(像差等)。放弃修正像差方法的思考导致了Dennis Gabor发明了全息照相。当初相机透镜的设计比较困难,主要依赖于工程师的经验,一年也设计不出几套镜头。电镜的领域里也是这个状况。计算机技术发达后,对“镜头”的收差的分析可以做得很好,因此可以设计出很好的镜头(组)改善电镜的分辨率。这是分辨率发达的一个主要动力。其次,电镜技术的90%在于做样品。有了好的样品,谁都可以看到结构。这是电镜优越于X射线(衍射)的地方。换言之,如果蛋白质从晶体缩小到(单)分子的话,几乎就没有X射线晶体学的立身之地了。这个问题做FEL的人与其说是看不出来,不如说是不愿意去看、去想。

低温,一个理由是为了保证样品投影像的信噪比(热运动),一个是保护样品的电子束流照射的损伤(强照明)。至于为何液氮温度比液氦好,理由在于液氮温度时的水的相态不妨碍电镜的观察分子结构。低温在电镜技术里并不新鲜,也没有难度。低温电镜能获得成功的另一个技术是图像处理。量子力学的一个支柱是统计学。如果单分子的结构测试成功了的话,其结果必然是需要测试很多个同样的单分子。因此,单分子的结构解析的工作就成了“图像处理”的工作,很有些像CT的图像重建。每个不同方位分子的投影图像,相当于物体的CT投影像,根据分子的各种投影像,分子的结构就可以被重建出来了。

学术研究领域里,有些是要与产业结合的东西,比如说新材料、新原理的器件。有些则不是,比如说古生物学和天文学。研究蛋白质结构的产业意义在于制药,治疗人的各种疾病,而理解生命的机理不过是对付大众的一个说法而已。与产业结合这样的事情,往往是人算不如天算。这就是所谓的不确定性。过去大众本能性地相信不确定性。如今,被科学“洗脑”后,反倒是倾向于拒绝不确定性了。其实也不是大众不相信不确定性,而是官员们不愿意相信不确定性

低温电镜的蛋白质结构分析大约也不能够取代晶体的蛋白质结构分析,最终不过是各自有自己适用的领域和活法儿。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。




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