İçeriğe atla

Kriyojenik elektron mikroskopisi

50000× büyütme oranında amorf buz içerisinde süspanse edilen GroEL'nin CryoTEM görüntüsü
Kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu (cryo-TEM), bir Iron Mountain biyofilminden gelen sağlam bir ARMAN hücresinin görüntüsü. Görüntü genişliği 576 nm'dir.

Kriyojenik elektron mikroskobu (kriyo-EM), kriyojenik sıcaklıklara soğutulmuş ve vitröz bir su ortamına gömülü numunelere uygulanan bir elektron mikroskobu (EM) tekniği. Bir ızgaraya bir sulu numune çözeltisi uygulanmakta ve sıvı etan içinde dalma ile dondurulmaktadır. Tekniğin gelişimi 1970'lerde başlarken, dedektör teknolojisindeki ve yazılım algoritmalarındaki son gelişmeler, yakın atomik çözünürlükte biyomoleküler yapıların belirlenmesine olanak sağlamıştır.[1] Bu, kristalizasyona ihtiyaç duymadan makromoleküler yapı tayini için X ışını kristalografisi veya NMR spektroskopisi seçeneğine alternatif olarak yaklaşıma büyük dikkat çekmiştir.

2017 yılında Jacques Dubochet, Joachim Frank ve Richard Henderson; "çözeltideki biyomoleküllerin yüksek çözünürlüklü yapı tayini için kriyo-elektron mikroskobunun geliştirilmesi" nedeniyle Nobel Kimya Ödülü ile ödüllendirilmiştir.[2]

Geçirimli elektron kriyomikroskopisi

Geçirimli elektron kriyomikroskopisi (kriyo-TEM), yapısal biyolojide kullanılan bir geçirimli elektron mikroskobu tekniğidir.

  • Elektron kristalografisi, bir TEM kullanarak katılarda atomların düzenini belirleme yöntemidir.
  • MicroED,[3] 3 boyutlu kristallerden elektron kırınımı kullanarak proteinlerin ve küçük moleküllerin yapısını belirleme yöntemidir.[4][5]
  • Elektron kriyotomografisi (kriyo-ET), örneklerin eğildiği gibi görüntülendiği yerlerin özel bir uygulamasıdır.

Kriyojenik elektron mikroskobunun tarihçesi

1960'larda, bilim insanları yüksek enerjili elektron huzmeleri nedeniyle numuneye zarar veren elektron mikroskobu kullanılarak yapı belirleme yöntemleri sorunuyla karşı karşıya kalıyorlardı, bu nedenle kriyojenik elektron mikroskobunun, düşük sıcaklıkların ışın hasarını azaltacağı beklendiğinden bu sorunun üstesinden geleceği düşünülüyordu.[6] 1980 yılında Erwin Knapek ve Jacques Dubochet, kriyojenik sıcaklıklarda ışın hasarı üzerine yorumlarda bulunarak şunları yayınladılar:

Karbon film üzerine monte edilmiş ince kristallerin 4K'da oda sıcaklığından 30 ila 300 kat daha fazla ışın dirençli olduğu bulundu ... Sonuçlarımızın çoğu, 4K bölgesindeki kriyoproteksiyonun kuvvetle sıcaklığa bağımlı olduğu varsayılarak açıklanabilir.[7]

Ancak, bu sonuçlar tekrarlanamamıştı ve kirlilik direncinin başlangıçta beklenenden daha az önemli olduğunu bildiren sadece 2 yıl sonra Nature uluslararası bilim dergisinde değişiklikler yayınlanmıştı. 4K'da kazanılan koruma, "standart L-valine örnekleri için on kat"a daha önce belirtilenden daha yakındı.[8]

2017 yılında üç bilim insanı Jacques Dubochet, Joachim Frank ve Richard Henderson, biyomolekülleri görüntüleyebilecek bir teknik geliştirdikleri için Kimyada Nobel Ödülü'ne layık görüldü.[2]

2018 yılında kimyagerler elektron difraksiyonunun, iğneye benzer kristaller oluşturan küçük moleküllerin yapılarını, aksi takdirde bileşiğin daha büyük kristallerini büyüterek X-ışını kristalografisinden tespit edilmesi gereken yapıları kolayca belirlemek için kullanılabileceğini anladılar.[4][9]

Taramalı elektron kriyomikroskopisi

Taramalı elektron kriyomikroskopisi (kriyo-SEM), taramalı elektron mikroskobu tekniğidir ve taramalı elektron mikroskobunun kriyojenik bir odadaki soğuk aşamasıdır.

Kaynakça

  1. ^ Cheng Y, Grigorieff N, Penczek PA, Walz T (Nisan 2015). "A primer to single-particle cryo-electron microscopy". Cell. 161 (3). ss. 438-449. doi:10.1016/j.cell.2015.03.050. PMC 4409659 $2. PMID 25910204. 
  2. ^ a b Cressey D, Callaway E (Ekim 2017). "Cryo-electron microscopy wins chemistry Nobel". Nature. 550 (7675). s. 167. Bibcode:2017Natur.550..167C. doi:10.1038/nature.2017.22738. PMID 29022937. 
  3. ^ Nannenga, Brent L; Shi, Dan; Leslie, Andrew G W; Gonen, Tamir (3 Ağustos 2014). "High-resolution structure determination by continuous-rotation data collection in MicroED". Nature Methods. 11 (9). ss. 927-930. doi:10.1038/nmeth.3043. PMC 4149488 $2. PMID 25086503. 
  4. ^ a b Jones, Christopher G.; Martynowycz, Michael W.; Hattne, Johan; Fulton, Tyler J.; Stoltz, Brian M.; Rodriguez, Jose A.; Nelson, Hosea M.; Gonen, Tamir (2 Kasım 2018). "The CryoEM Method MicroED as a Powerful Tool for Small Molecule Structure Determination". ACS Central Science. 4 (11). ss. 1587-1592. doi:10.1021/acscentsci.8b00760. PMC 6276044 $2. PMID 30555912. 
  5. ^ de la Cruz, M Jason; Hattne, Johan; Shi, Dan; Seidler, Paul; Rodriguez, Jose; Reyes, Francis E; Sawaya, Michael R; Cascio, Duilio; Weiss, Simon C (2017). "Atomic-resolution structures from fragmented protein crystals with the cryoEM method MicroED". Nature Methods. 14 (4). ss. 399-402. doi:10.1038/nmeth.4178. PMC 5376236 $2. PMID 28192420. 
  6. ^ Dubochet J, Knapek E (Nisan 2018). "Ups and downs in early electron cryo-microscopy". PLoS Biology. 16 (4). ss. e2005550. doi:10.1371/journal.pbio.2005550. PMC 5929567 $2. PMID 29672565. 
  7. ^ Knapek E, Dubochet J (Ağustos 1980). "Beam damage to organic material is considerably reduced in cryo-electron microscopy". Journal of Molecular Biology. 141 (2). ss. 147-61. doi:10.1016/0022-2836(80)90382-4. PMID 7441748. 
  8. ^ Newmark P (30 Eylül 1982). "Cryo-transmission microscopy Fading hopes". Nature. 299 (5882). ss. 386-387. Bibcode:1982Natur.299..386N. doi:10.1038/299386c0. 
  9. ^ Gruene T, Wennmacher JT, Zaubitzer C, Holstein JJ, Heidler J, Fecteau-Lefebvre A, De Carlo S, Müller E, Goldie KN, Regeni I, Li T, Santiso-Quinones G, Steinfeld G, Handschin S, van Genderen E, van Bokhoven JA, Clever GH, Pantelic R (Ekim 2018). "Rapid structure determination of microcrystalline molecular compounds using electron diffraction". Angewandte Chemie. 57 (50). ss. 16313-16317. doi:10.1002/anie.201811318. PMID 30325568. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektron</span> Temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacık

Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

<span class="mw-page-title-main">Taramalı elektron mikroskobu</span> Elektron mikroskobu türü

Taramalı elektron mikroskobu veya SEM, odaklanmış bir elektron demeti ile numune yüzeyini tarayarak görüntü elde eden bir elektron mikroskobu tipidir. Elektronlar numunedeki atomlarla etkileşerek numune yüzeyindeki topografi ve kompozisyon hakkında bilgiler içeren farklı sinyaller üretir. Elektron demeti raster tarama ile yüzeyi tarar ve demetin konumu, algılanan sinyalle eşleştirilerek görüntü oluşturulur. SEM ile 1 nanometreden daha yüksek çözünürlüğe ulaşılabilir. Standart SEM cihazları yüksek vakumda, kuru ve iletken yüzeyleri incelemek için uygundur. Ancak düşük vakumda, nemli koşullarda, çok düşük sıcaklıklardan yüksek sıcaklıklara değişen koşullarda çalışabilen özelleşmiş cihazlar da mevcuttur.

<span class="mw-page-title-main">Aaron Klug</span>

Aaron Klug OM, Litvanya doğumlu Britanyalı kimyager ve biyofizikçi. Kristalografik elektron mikroskobunun gelişimi ve biyolojik olarak önemli nükleik asit-protein komplekslerinin yapısının aydınlatılması konusundaki çalışmaları için 1982 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı.

<span class="mw-page-title-main">BrainMaps</span>

BrainMaps, ABD Sağlık ve İnsan Servisleri Departmanına bağlı National Institutes of Health (NIH) tarafından oluşturulmuş interaktif, büyütülebilir, yüksek çözünürlüklü dijital beyin görüntülerinin yer aldığı bir atlas ve sanal mikroskopi veri tabanı sitesidir. Sitede 20 milyon megapiksel 'dan fazla primat ve primat dışı beyinlerini içeren seri görüntüler, mikroskopik imajlar, histopatolojik örnekler mevcuttur. Sitede beyin yapısı ve fonksiyonlarına ilişkin bilgiler yüksek hızlı bir veritabanı ile sunulur. BrainMaps yapılmış en kapsamlı online nöroloji veritabanı, görüntü deposu ve tüm beyin yapılarını içeren görüntü atlaslarından birisidir.

<span class="mw-page-title-main">Phillip Allen Sharp</span> Amerikalı biyolog

Phillip Allen Sharp, Amerikan genetikçi ve moleküler biyolog. RNA bağlanmasının kaşiflerinden biridir. Richard J. Roberts ile birlikte ökaryot hücrelerinin DNA dizelerindeki genlerin bitişik sırada olmadığını, aralarda intron denilen okunmayan ve protein sentezine katılmayan bölümlerin olduğunu keşfettiler. Bu sayede mRNA'lar aynı DNA dizesinden bu bölümleri farklı şekilde silmeleri ile farklı proteinleri kodlayabilmektedir. İkili bu keşifleri ile 1993 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü kazanmışlardır.

<span class="mw-page-title-main">Frederick Sanger</span>

Frederick Sanger, İngiliz biyokimyager. 1958 ve 1980 yıllarında 2 kez Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır. 1958 yılında "proteinlerin, özellikle de insülinin yapısı üzerine çalışmaları için" Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır ve bu ödülü aynı kategoride 2 kez kazanan tek kişidir. 1980 yılında da "nükleik asitlerdeki baz dizilerinin belirlenmesiyle ilgili katkıları nedeniyle" Walter Gilbert ile birlikte bu ödülü kazanmıştır. Aynı yıl ayrıca Paul Berg, "nükleik asitlerin, özellikle de rekombinant DNA'nın biyokimyası üzerine temel çalışmaları için" ödülü kazanan diğer isim olmuştur.

<span class="mw-page-title-main">X ışını mikroskobu</span>

Bir x ışını mikroskobu yumuşak X ışını şeritlerinde elektromanyetik radyasyonu kullanarak objelerin büyütülmüş görüntülerini üretir. X ışınları birçok objenin içinden geçebildiğinden onları gözlemlemek için özellikle hazırlamak gerekmez.

Kalsiyum görüntüleme tekniği hücre, doku ya da ortamdaki kalsiyum (Ca2+) durumunu görüntülemek amacıyla kullanılan bir bilimsel teknik. Kalsiyum görüntüleme teknikleri floresan özelliği taşıyan, fakat Ca2+ ile bağlandığında floresan özelliği değişen kalsiyum belirteçlerinden faydalanır. İki temel tip kalsiyum belirteci mevcuttur: kimyasal belirteçler ve genetik olarak kodlanmış belirteçler. Kalsiyum görüntüleme, canlı hayvanlarda hücre içi kalsiyumu optik olarak görüntülemek için kullanılabilir. Bu teknik geniş çapta hücre tipinin ve sinir devrelerindeki yüzlerce gliya hücrelerinin ve sinir hücrelerinin sinirsel aktivite görüntüleme çalışmalarına izin verir.

<span class="mw-page-title-main">Taramalı tünelleme mikroskobu</span> atom düzeyinde görüntüleme için kullanılan mikroskop

Taramalı tünelleme mikroskobu, yüzeyleri atomik düzeyde görüntülemek için kullanılan alettir. 1981'de, Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından icat edilmiş olup, kendileri 1986 yılında bu icatla Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmışlardır.

<span class="mw-page-title-main">Jacques Dubochet</span> İsviçre kimyager, biyofiziksel

Jacques Dubochet, İsviçreli emekli biyofizikçi. Heidelberg, Almanya'daki Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'nda araştırmacı olarak çalışmıştır ve şu anda İsviçre'nin Lozan Üniversitesi'nde biyofizik dalında onursal profesörlük yapmaktadır.

Orbiton, holonlar ve spinonlar ile birlikte, katıların içindeki elektronların spin-yük ayrımı sırasında bölünerek oluşturduğu ve mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda hapsedilen sanki parçacıktır. Elektron, teorik olarak her zaman bu üç sanki parçacığın bir bağlı durumu olarak kabul edilmektedir. Bunlardan orbitron, elektronun yörüngesel konumunu taşımaktadır. Belli şartlar altında ise hapis durumlarından kurtularak bağımsız parçacıklar olarak davranabilmektedirler.

<span class="mw-page-title-main">Richard Henderson</span> İngiliz biyokimyacı, moleküler biyolog

Richard Henderson, İskoç moleküler biyolog ve biyofizikçi, ayrıca biyomolekül, elektron mikroskobunda öncü bilim insanı. Henderson, 2017 yılında Jacques Dubochet ve Joachim Frank ile birlikte Nobel Kimya Ödülü almıştır.

<span class="mw-page-title-main">Faz yüzey bilimi</span>

Faz yüzey bilimi, katı - sıvı arayüzleri, katı - gaz arayüzleri, katı - vakum arayüzleri ve sıvı - gaz arayüzleri dahil olmak üzere iki fazın arayüzünde meydana gelen fiziksel ve kimyasal olayların incelenmesidir. Yüzey kimyası ve yüzey fiziği alanlarını içerir. İlgili bazı pratik uygulamalar yüzey mühendisliği olarak sınıflandırılmaktadır. Bilim heterojen kataliz, yarı iletken cihaz üretimi, yakıt hücreleri, kendi kendine monte edilen tek tabakalar ve yapıştırıcılar gibi kavramları kapsar. Faz yüzey bilimi arayüz ve kolloid bilimi ile yakından ilgilidir. Arayüzey kimyası ve fizik her ikisi için de ortak konulardır. Yöntemler farklı. Buna ek olarak, arayüz ve kolloid bilimleri, arayüzlerin özelliklerinden dolayı heterojen sistemlerde ortaya çıkan makroskopik olayları inceler.

<span class="mw-page-title-main">Yapısal biyoloji</span>

Yapısal biyoloji, biyolojinin özellikle amino asitlerden yapılmış olan proteinler, nükleotitlerden yapılmış RNA ve DNA gibi nükleik asitler ve lipitlerden oluşmuş membranlar olmak üzere biyolojik makromoleküllerin yapılarını ve uzamsal dizilişlerini inceleyen bir dalıdır. Yapısal biyoloji asıl olarak biyofizik yöntemleri ile makromoleküllerin atom düzeyinde üç boyutlu yapılarının belirlenmesi, yapısal değişikliklerinin temel prensipleri, moleküler hareketlerin analizi ve bu yapıların dinamiği ile ilgilenir. Makromoleküller hücrelerin hemen hemen tüm işlevlerini yerine getirir ve bunu da yapabilmek için belirli üç boyutlu şekillere girerler. Moleküllerin "üçüncül yapı"sı olarak adlandırılan bu yapılar her molekülün temel bileşimi ya da "birincil yapı"ları ile karmaşık bir şekilde bağlantılıdır.

Süper çözünürlüklü mikroskopi, optik mikroskopide görüntülerin kırınım sınırı tarafından empoze edilenlerden daha yüksek çözünürlüklere sahip olmasına izin veren bir dizi tekniktir. Süper çözünürlüklü görüntüleme teknikleri, yakın alan veya uzak alana dayanır. İkincisine dayanan teknikler kırınım sınırının ötesinde çözünürlüğü yalnızca ufak bir miktar geliştirebilirler.

Elektron kristalografisi, bir transmisyon elektron mikroskobu kullanarak katılardaki atomların düzenini belirleme yöntemidir.

<span class="mw-page-title-main">Mikroskobi</span> çıplak gözle görülemeyen örnekleri ve nesneleri görüntülemek için mikroskop kullanılan teknik alan

Mikroskobi, çıplak gözle görülemeyen nesneleri ve alanları görüntülemek için mikroskop kullanmanın teknik adıdır. Üç iyi bilinen mikroskopi dalı vardır: optik, elektron ve taramalı prob mikroskobu. Bununla birlikte görece yeni ortaya çıkan X-ışını mikroskobu alanı da mevcuttur.

<span class="mw-page-title-main">Uranil asetat</span>

Uranil Asetat Uranyum oksitin asetat tuzudur, bu zehirli sarı-yeşil renkli toz çeşitli laboratuvar testlerinde faydalıdır. Yapısal olarak bir koordinasyon polimeri olup formülü ise UO2(CH3CO2)2(H2O)·H2O'dur.

<span class="mw-page-title-main">Sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme</span>

Sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme, embriyonik/larval gelişim sırasında yaşanan sıcaklıkların yavruların cinsiyetini belirlediği bir çevresel cinsiyet belirleme türüdür. Sadece sürüngenlerde ve teleost balıklarda görülür. TSD, omurgalılar arasında yaygın olan kromozomal cinsiyet belirleme sistemlerinden farklıdır. En çok çalışılan çevresel cinsiyet belirleme (ESD) türüdür. Yoğunluk, pH ve çevresel arka plan rengi gibi diğer bazı koşulların da cinsiyet oranını değiştirdiği gözlemlenmiştir, bu da ilgili mekanizmalara bağlı olarak sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme veya sıcaklığa bağlı cinsiyet farklılaşması olarak sınıflandırılabilir. Cinsiyet belirleyici mekanizmalar olarak, TSD ve genetik cinsiyet belirleme (GSD) eşdeğer bir şekilde değerlendirilmelidir; bu da, sıcaklık değişimiyle cinsiyet oranındaki değişiklikler ekolojik ve evrimsel olarak ilgili olduğundan, doğada gelişim sırasında yaşanan sıcaklık yerine aşırı sıcaklıklara maruz bırakıldığında TSD'ye sahip olduğu iddia edilen balık türlerinin durumunun yeniden gözden geçirilmesine yol açabilir, çünkü sıcaklık değişimiyle cinsiyet oranındaki değişiklikler ekolojik ve evrimsel olarak ilgilidir.

<span class="mw-page-title-main">Metalografi</span> Metallerin mikroskop ile iç yapılarının incelenmesi

Metalografi, metal ve alaşımlarının mikroskop altında iç yapısının ve özelliklerinin incelendiği bilim dalıdır. Malzemenin iç yapısının incelenmesi sadece malzeme özelliklerinin açıklanmasında kullanılmaz ayrıca hasara uğramış malzemelerde hasarın incelenmesi ve analiz edilmesi, kalite kontrol ve malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesinde de iç yapının incelenmesine sıkça başvurulur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.