Kết tinh học điện tử là một phương pháp để xác định sự sắp xếp các nguyên tử trong chất rắn sử dụng kính hiển vi điện tử truyền (TEM).

So sánh với tinh thể học X-quang 
Nó có thể bổ sung tinh thể học tia X cho các nghiên cứu các tinh thể rất nhỏ (<0,1 micromet), cả vô cơ, hữu cơ, và protein, chẳng hạn như các protein màng, không thể dễ tạo thành các tinh thể 3 chiều lớn cần thiết cho quá trình đó. Các cấu trúc protein thường được xác định từ tinh thể 2 chiều (dạng tấm hoặc dây nịt), các polyhedron như capsid virut, hoặc protein phân tán riêng lẻ. Electron có thể được sử dụng trong những tình huống này, trong khi các tia X không thể, bởi vì các electron tương tác mạnh hơn với các nguyên tử hơn là tia X. Do đó, tia X sẽ truyền qua một tinh thể mỏng 2 chiều mà không bị nhiễu xạ đáng kể, trong khi đó các electron có thể được sử dụng để hình thành một hình ảnh. Ngược lại, sự tương tác mạnh mẽ giữa các điện tử và proton làm cho tinh thể dày (ví dụ như 3 chiều> 1 micromet) không thấm qua các electron, chỉ xâm nhập khoảng cách ngắn.

Một trong những khó khăn chính trong kết tinh học tia X là xác định các giai đoạn trong mô hình nhiễu xạ. Do sự phức tạp của ống kính tia X nên rất khó để tạo ra hình ảnh tinh thể bị nhiễu xạ, và do đó thông tin pha bị mất. May mắn thay, kính hiển vi điện tử có thể giải quyết cấu trúc nguyên tử trong không gian thực và thông tin về các yếu tố cấu trúc tinh thể có thể được xác định thực nghiệm từ một hình ảnh Fourier biến đổi. Biến đổi Fourier của một hình ảnh phân giải nguyên tử là tương tự, nhưng khác với một mô hình nhiễu xạ – với các điểm mạng phản đối phản ánh sự đối xứng và khoảng cách của một tinh thể. Aaron Klug là người đầu tiên nhận ra rằng thông tin giai đoạn có thể được đọc trực tiếp từ chuyển đổi Fourier của một hình ảnh kính hiển vi điện tử đã được quét vào máy tính, đã là năm 1968. Vì điều này và các nghiên cứu của ông về cấu trúc virut và RNA chuyển , Klug đã nhận được giải Nobel Hóa năm 1982.

Bức xạ thiệt hại 
Một vấn đề phổ biến đối với kết tinh tinh thể X-quang và tinh thể học điện tử là sự tổn thương bức xạ, đặc biệt là các phân tử và protein hữu cơ bị hư hỏng khi chúng được chụp ảnh, hạn chế độ phân giải có thể thu được. Điều này đặc biệt gây phiền hà trong việc thiết lập tinh thể học điện tử, nơi đó sự phá hủy bức xạ tập trung vào các nguyên tử ít hơn. Một kỹ thuật được sử dụng để hạn chế tổn hại bức xạ là kính hiển vi điện lạnh bằng điện tử, trong đó các mẫu bị cryofixation và hình ảnh xảy ra ở ni tơ lỏng hoặc thậm chí nhiệt độ helium lỏng. Do vấn đề này, kết tinh tinh thể X-quang đã thành công hơn nhiều trong việc xác định cấu trúc của các protein đặc biệt dễ bị tổn thương do bức xạ.

Các cấu trúc protein xác định bởi tinh thể học electron 
Cơ cấu tinh thể điện tử đầu tiên để đạt được độ phân giải nguyên tử là do vi khuẩn sinh học được xác định bởi Richard Henderson và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm sinh học phân tử của Hội đồng Nghiên cứu Y khoa năm 1990.  Tuy nhiên, năm 1975 Unwin và Henderson đã xác định được cấu trúc protein màng đầu tiên ở độ phân giải trung bình (7 Ångström), lần đầu tiên cho thấy cấu trúc bên trong của một protein màng, với các dây thần kinh alpha đứng vuông góc với mặt phẳng của màng. Kể từ đó, một số cấu trúc có độ phân giải cao khác đã được xác định bằng phương pháp tinh thể học điện tử, bao gồm phức hợp thu hoạch ánh sáng, receptor acetylcholine nicotinic [4], và sợi thần kinh vi khuẩn.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here