冷冻电镜三维重构技术专业研讨课  061M6005H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业研讨课 | 任课教师:朱平
授课时间: 星期四, 第5、6、7节
授课地点: 教2-207
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 061M6005H 课时: 20 学分: 1.0
课程属性: 专业研讨课 主讲教师:朱平
英文名称: Discussion on cryo-EM 3D reconstruction technology

教学目的、要求

本课程为生物物理学专业研究生的专业技术研讨课,同时也可作为生化与分子生物学、细胞生物学、物理学、化学等相关学科研究生的选修课。
近年来,冷冻电镜(Cryo-EM)三维重构技术在生物大分子及其复合物的结构解析中发展迅速,正在向原子分辨率取得关键突破,已经成为结构生物学的重要手段之一,引起了研究者的极大关注,也显示了良好的发展前景。我国对冷冻电子显微学的发展也非常重视,以国家蛋白质设施为代表的多个研究单位配置了目前国际上最先进的低温电镜及配套设施,已经具备了很好的契机来开展冷冻电子显微学方面的工作。
本课程是一门讨论冷冻电镜三维重构技术为主的技术研讨课,将以国内外最新的科研进展和文献为基础,分专题讨论冷冻电镜三维重构中的相关技术及最新发展,包括生物电镜样品制备,电子显微三维重构方法和实例等。本课程为介绍和研讨性质,在教师进行总体介绍的基础上,以学生分组文献阅读和课堂研讨为主。选修本课程的学员将分为若干小组,每个小组进行一个技术专题的资料收集、精读和课堂讨论。每次课堂讨论的形式为教师首先对本专题进行介绍(约20-30分钟),后面时间为学生的宣讲。本课程结束后每个学生提交一个关于一个专题的文献读书报告。
通过对本课程的系统学习和研讨,旨在使学生基本了解电子显微镜在研究生物大分子复合体三维结构方面的优势、特点和前景,熟悉生物大分子电子显微三维重构的技术方法。希望通过本专题研讨课的学习和讨论,研究生能基本了解和掌握冷冻电镜三维重构的流程、技术、方法及最新进展,为今后在研究课题设计、技术路线和方案制定等方面提供冷冻电镜的相关知识基础,并应用到自己的科研工作中去。

预修课程

普通生物学、普通物理学

教 材

相关文献,课前提供

主要内容

主要内容: 
1.	冷冻电镜三维重构 – 历史、现状及发展(2学时,朱平) (第1周)
1.1	 冷冻电子显微学历史
1.2	 冷冻电镜三维重构基本方法
1.2.1	单颗粒三维重构
1.2.2	电子断层成像
1.3	 冷冻电镜三维重构发展及前景
2.	生物电镜样品制备 (3学时,朱平,第1组学生)  
2.1	 负染色方法
2.2	 快速冷冻方法
2.3	 电镜铜网支持膜与优化
2.4	 冷冻样品制备所面临的挑战及应对
3.	电镜数据收集  (3学时,朱平,第2组学生)
3.1	 透射电子显微镜 – 调试及操作
3.2	 电镜数据收集与自动化
3.3	 生物样品在电子束下的行为
3.4	 直接电子探测器原理及应用
4.	单颗粒三维重构 – 基本流程(3学时,朱平,第3组学生)
4.1	 电镜照片质量评估与颗粒BIM校正
4.2	 颗粒挑选及CTF参数确定 	
4.3	 二维图像处理及分类
4.4	 三维重构
4.5	 重构结果的有效性和分辨率评估
5.	单颗粒三维重构 – 常用软件 (3学时,朱平,第4组学生)
5.1	  Relion 
5.2	  EMAN
5.3	  Frealign
6.	三维重构数据库、展示及建模 (3学时,朱平,第5组学生)  
6.1	 三维电镜重构数据库(EMDB)
6.2	 三维重构数据展示(Chimera)
6.3	 基于三维电镜密度图的结构模型
6.4	 原子模型搭建方法及软件
7.	电子断层三维重构 (3学时,朱平,第6组学生)
7.1	电子断层数据收集及自动化
7.2	图像处理及三维重构(IMOD)
7.3	基于电子断层成像数据的亚单位平均(Sub-tomogram averaging)
7.4	光镜-电镜联合应用
7.5	课程总结 (朱平)


教学方式:  课堂讲授+专题研讨

考试方式:  读书报告 (50%) + 课堂报告 (40%) + 考勤 (10%)

参考文献