2017年若贝尔化学奖：低温电子显微镜技术
冷冻电镜
2、电子显微镜的原理？
电子的波长是光子波长的十万分之一左右，是一根极细的探针，理论上它 打在蛋白质分子这类生物大分子身上能被反射，这些反射的电子就能产生一张 照片，电子显微镜相当于是用电子替代光线来照射物体，由于电子的波长远低 于光波，它能够看到非常小尺度的结构。
冷冻电镜在2013年的技术革命
冷冻电镜的工作流程：
样品的制备 透射电子显微镜成像 结构解析
图像处理
图1 冷冻电子显微学解析结构基本步骤
冷冻电镜技术的操作过程：
1、样品的制备
• 用于冷冻电镜研究的生物大分子样品必须非常纯净。生物样品是在高 真空的条件下成像的，所以样品的制备既要能够保持本身的结构，又 能抗脱水、电子辐射。 • 一种方法是通过快速冷冻使含水样品中的水处于玻璃态，也就是在亲 水的支持膜上将含水样品包埋在一层较样品略高的薄冰内。该方法有 两个关键步骤：一是将样品在载网上形成一薄层水膜；二是将第一步 获得的含水薄膜样品快速冷冻。 • 另一种方法是通过喷雾冷冻装置（spray-freezing equipment），利用 结合底物混合冰冻技术(spray-freezing)，可以把两种溶液（如受体和 配体）在极短的时间内混合起来 (ms量级)，然后快速冷冻，将其固定 在某种反应中间状态，这样能对生物大分子在结合底物时或其他生化 反应中的快速的结构变化进行测定，深入了解生物大分子的功能。
冷冻电镜的发明及其在生物学的应用
报告人：XXX
冷冻电镜是什么？
冷冻电子显微镜技术（cryoelectron microscopy） 简称
冷冻电子显微镜在生命科学中的应用
冷冻电子显微镜在生命科学中的应用生命科学是一个极其广泛的领域，人们耳熟能详的起源、发展、结构、功能、进化等等，都与生命科学有着密切关系。
其中，结构和功能是生命科学中最核心的问题之一，而冷冻电子显微镜则是研究生命科学结构和功能的重要手段之一。
冷冻电子显微镜（cryo-EM）是冷冻技术和电子显微技术的结合体，是研究生命科学结构和功能的关键工具之一。
在过去几十年中，随着技术的发展与革新，冷冻电子显微镜已经成为了研究生命科学结构和功能的重要手段。
冷冻电子显微镜的原理很简单，就是把生物样品制成冷冻样品，并在电子显微镜下观察，从而获得样品的高分辨率三维结构。
冷冻样品的准备需要时间和技能，通常需要用液态氮快速冷冻样品，以避免水分子结晶，从而保持生物结构的完整性。
冷冻电子显微镜在生命科学中的应用涉及许多方面，下面将对其在生物成像、病毒结构、蛋白质结构和电生理学中的应用进行介绍。
冷冻电子显微镜在生物成像中的应用冷冻电子显微镜在生物成像中有着广泛的应用，尤其是在膜蛋白复合物的成像方面。
膜蛋白复合物是生物体内非常重要的一类蛋白质，不仅存在于生物膜上，还存在于细胞内部。
冷冻电子显微镜可以用来研究这些复合物的结构和功能，有助于我们更好地理解生物体系的复杂性质。
例如，冷冻电子显微镜已经被用来研究离子通道和膜转运蛋白的结构。
离子通道是跨越细胞膜的蛋白质，控制着细胞内外的离子交换过程。
膜转运蛋白是控制小分子化合物进出细胞的重要蛋白质。
通过冷冻电子显微镜可以得到这些蛋白质的高分辨率结构，有助于我们更好地理解它们的功能和作用机制。
冷冻电子显微镜在病毒结构中的应用冷冻电子显微镜在研究病毒结构方面有着广泛的应用。
利用冷冻电子显微镜，我们可以获得病毒复合物的高分辨率结构，从而深入了解病毒的生物学特性和病毒的作用机理。
利用冷冻电子显微镜，研究人员已经成功地研究了多种病毒的结构，例如甲型流感病毒、肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒（HIV）等等。
通过这些研究，我们可以深刻了解病毒的传播与感染机制，有助于我们寻找有效的治疗方法。
6获诺贝尔奖的显微镜技术
6获诺贝尔奖的显微镜技术在显微镜发明之前，人类对于世界的观察只局限于肉眼。
当列文虎克使用他自制的显微镜观察到细胞和微生物后，一个全新的微生物世界在人类眼前打开。
此后，恩斯特·鲁斯卡于1931年发明电子显微镜，使得人们能够直接在原子水平观察。
显微镜将人类视野带到了一个之前从未触及的微观世界，人类开始对自己和自己所处的这个世界有了更深入的认知。
显微镜技术一共获得过6次诺贝尔奖，三次获物理奖，三次获化学奖。
分别是：1953年的物理学奖颁给了相位差显微镜1953年的物理学奖“因论证相衬法，特别是发明相衬显微镜”授予了荷兰科学家弗里茨·塞尔尼克(Frits Zernike)。
在20世纪30年代，塞尔尼克在从事光学研究时，一次偶然的发现让他意识到不可见的光相位变化可以转变为可见的振幅变化，也就是理论上的相衬法，利用这种原理，他将传统的光学显微镜加入相位板制成了首台相衬显微镜。
相衬显微镜最大的优势就是可以观察活性透明物质。
当时的显微镜观察细胞时都需要染色，而染色会杀死细胞，塞尔尼克的相衬显微镜可直接观察到活细胞的内部结构，后来这种光学显微镜得到了广泛应用，成为生物学和医学研究中有的有力工具。
1982年的化学奖颁给了晶体电子显微技术1982年的化学奖授予英国科学家克卢格(AaronKlug)，奖励他发展了晶体电子显微技术，他把X-射线晶体学与电子显微镜的方法结合起来，观察到了病毒染色质中的DNA和蛋白质。
1986年的诺贝尔物理学奖颁给了电子显微镜和扫描隧道显微镜光学显微镜分辨能力有限(约0.2微米)，运用电子束成像的电子显微镜突破了光学分辨极限，电子显微镜的发明为人类观察微观世界开辟了新途径。
1986年的诺贝尔物理学奖就授予了设计第一台电子显微镜的鲁斯卡(Ernst Ruska)。
显微镜的发展历程还远未结束，1986年物理奖的另一半奖金分给了德国物理学家宾宁(Gerd Binnig)和瑞士物理学家罗雷尔(Heinrich Rohrer)，以表彰他们设计出隧道扫描显微镜(STM)。
冷冻电镜热起来——2017年诺贝尔化学奖简介
聚……焦冷冻电镜热起来雅克•杜邦内特—2017年诺贝尔化学奖简介■谷第约阿希姆.弗兰克理查德•亨德森2017年度的诺贝尔化学奖授予了瑞士洛桑 大学科学家雅克•杜邦内特、美国哥伦比亚大学 科学家约阿希姆•弗兰克和英国剑桥大学科学家 理查德•亨德森，以表彰他们在开发可以用于研 究生物分子高分辨率结构的“冷冻电镜”技术 方面的杰出贡献。
说起电子显微镜，人们或许都不陌生，它 是一种分辨率比光学显微镜更高，可以看到光 学显微镜下看不到的微观世界的仪器。
那什么 是冷冻电镜呢？总不会是把电子显微镜冷冻起 来吧？这种冷冻电镜技术又为什么能够用于研 究生物分子的结构呢？3位科学家30多年前的研 究为什么直到现在才获得诺贝尔奖委员会的青 睐呢？下面就让我们一一揭开这些问题的答案。
“结构三剑客”毫无疑问，电子显微镜是科学家用来探索 微观世界的利器。
但微观世界也不是一概而论 的，在尺度上跨越了多个数量级。
通常说到生物学上的微观世界，人们想到 的大概会是各种寄生虫和细菌，大小从几百微 米直至几微米。
相比之下，头发丝直径大概是 不到100微米。
要想看清楚这样的微观结构，就 要借助光学显微镜。
最好的光学显微镜能够看 到细胞内部细胞器的结构，通过一些特殊技术 甚至能够看到单个的蛋白质分子。
说到物理学上的微观世界，人们想到的大 概就是分子和原子了。
要想“看”到单个的原 子，只有借助扫描隧道显微镜或是原子力显微 镜才行，但这些设备对观测样品的限制非常多，实际应用领域比较狭窄。
应用得更为广泛 的是电子显微镜，虽然它不能直接观测到单个 的原子，但是对于光学显微镜下的微观世界，电子显微镜能够提供更为清晰、分辨率更高、细节更为丰富的照片。
近一个世纪以来，生物学家也有了观察分 子级别，甚至是原子级别微观世界的需求。
再 复杂的细胞、细胞器也都是由各种生物分子，特别是蛋白质等生物大分子构成的，要研究这2017.11B百科知识\ 11聚.......焦些蛋白质的功能，最直接的方法就是“看到”它们的三维结构，也就是测定构成一个蛋白质 分子的成千上万个原子的三维坐标。
嗯，这是一篇关于冷冻电镜的干货！
嗯，这是⼀篇关于冷冻电镜的⼲货！1、什么是冷冻电镜冷冻电⼦显微镜技术（cryo-electron microscopy）简称冷冻电镜。
冷冻电镜，是⽤于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体、半液体及对电⼦束敏感的样品，如⽣物、⾼分⼦材料等。
样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷⾦/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放⼊电镜内的冷台（温度可⾄-185℃）即可进⾏观察。
冷冻电镜中的冷冻技术可以瞬间冷冻样品，并在冷冻状态下保持和转移，使样品最⼤限度保持原来性状，得出的数据更准确，实验成功率才更⾼。
2、冷冻电镜的分类⽬前我们讨论的冷冻电镜基本上指的是冷冻透射电⼦显微镜，但是如果我们可以使⽤冷冻技术的⾓度定义冷冻电镜的话，冷冻电镜主要可以分为冷冻透射电⼦显微镜、冷冻扫描电⼦显微镜、冷冻刻蚀电⼦显微镜。
2.1冷冻透射电⼦显微镜冷冻透射电镜（Cryo-TEM）通常在普通透射电镜上加装样品冷冻台，将样品冷却到液氮温度（77K）。
⽤于观测蛋⽩、⽣物切⽚等对温度敏感的样品。
通过对样品的冷冻，可以降低电⼦束对样品的损伤，减⼩样品的形变，从⽽得到真实的样品形貌。
⼀台冷冻透射电镜的价格在600万美元左右，价格及其昂贵，它的优点主要体现在以下⼏个⽅⾯：第⼀是加速电压⾼，电⼦穿透厚样品；第⼆是透镜多，光学性能好；第三是样品台稳定；第四是全⾃动，⾃动换液氮，⾃动换样品，⾃动维持清洁。
2.2冷冻扫描电⼦显微镜扫描电镜⼯作者都⾯临着⼀个不能回避的事实，就是所有⽣命科学以及许多材料科学的样品都含有液体成分。
很多动植物组织的含⽔量达到98%，这是扫描电镜⼯作者最难对付的样品问题。
冷冻扫描电镜（Cryo-SEM）技术是克服样品含⽔问题的⼀个快速、可靠和有效的⽅法。
这种技术还被⼴泛地⽤于观察⼀些“困难”样品，如那些对电⼦束敏感的具有不稳定性的样品。
各种⾼压模式如VP、LV和ESEM的出现，已允许扫描电镜观察未经冷冻和⼲燥的样品。
济南版生物七年级上册1.2.1细胞的结构和功能(中考试题及答案)
第一节细胞的结构和功能1．下图是“制作洋葱鳞片叶内表皮细胞临时装片”实验部分步骤，正确的操作顺序是（）A. ③④①②B.③④②① C．④③①② D．④③②①2．细胞内不同的结构具有不同的功能，下列结构与功能匹配错误的是（）A．细胞膜——控制物质进出细胞 B．细胞核——保护细胞内部结构C．线粒体——分解有机物，释放能量 D．叶绿体——将光能转变成化学能3. 下列实验操作及其目的的叙述，正确的是（）实验操作目的A 制作人口腔上皮细胞临时装片时，滴加清水保持细形态B 制作叶片横切面的临时切片，尽可能切得薄利于光线透过C 观察菜豆种子的结构，滴加碘液便于观察胚乳D 探究种子的呼吸作用，将气体通入澄清石灰水中探究呼吸作用消耗氧气4. 某同学在显微镜下观察一种细胞，它具有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核和液泡。
这种细胞肯定不是（）A. 洋葱表皮细胞B. 酵母菌细胞C. 保卫细胞D. 口腔上皮细胞5.如图是植物细胞相关知识概念图，其中甲、乙表示结构，a、b表示功能。
下列说法错误的是（）C.刚收获的玉米种子堆积久了就会发热，与a有关D.把新鲜菠菜叶放入热水中，水变绿与b有关6.如图是制作临时装片时盖盖玻片的操作，正确的盖法是（）A. B. C. D.7.美西螈属于两栖动物，有黑白两种体色，科学家用美西螈做如右图所示实验。
请据图分析，控制美西螈体色的细胞结构主要是（）A.细胞壁B.细胞膜C.细胞质D.细胞核8. 2017诺贝尔化学奖授予研究发展冷冻电子显微镜技术方面的三位科学家。
显微镜的发明，使人类的认识进入到细胞水平，极大的促进了生物学的发展，下列有关显微镜使用或临时玻片制作叙述不正确的是（）A.制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片时，应先在载玻片中央滴一滴清水B.转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，此时眼睛应注视物镜C.制作人体口腔上皮细胞临时装片的顺序是：擦→滴→刮→涂→盖→染→吸D.欲将视野左下方物像移至视野中央，玻片应该向右上方移动9.右下图是制作人的口腔上皮细胞临时装片的部分步骤，下列相关的说法不正确的是（）A.①滴的液体是生理盐水B.②滴的是碘液C.③操作的目的是避免盖玻片下出现气泡D.实验操作的先后顺序是③→②→①10．2018年10月17日河南商丘一工厂发生火灾，现场作业的11名工作人员经抢救无效，不幸死亡，事后认领遇难者尸体过程中，用到了DNA鉴定。
[高分子材料] 三位科学家因发展冷冻电子显微镜技术获诺贝尔化学奖
![[高分子材料] 三位科学家因发展冷冻电子显微镜技术获诺贝尔化学奖](https://img.taocdn.com/s3/m/5e2bfa6831126edb6f1a1078.png)
2017-10-04北京时间10月4日17时45分许，2017年诺贝尔化学奖颁给雅克·杜波切特(Jacques Dubochet), 阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)和理查德·亨德森(Richard Henderson)，表彰他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子的结构。
图片来源：诺贝尔官网。
获奖人简介约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）德裔生物物理学家，现为哥伦比亚大学教授。
他因发明单粒子冷冻电镜（cryo-electron microscopy）而闻名，此外他对细菌和真核生物的核糖体结构和功能研究做出重要贡献。
弗兰克 2006 年入选为美国艺术与科学、美国国家科学院两院院士。
2014 年获得本杰明·富兰克林生命科学奖。
理查德·亨德森（Richard Henderson）苏格兰分子生物学家和生物物理学家，他是电子显微镜领域的开创者之一。
1975 年，他与 Nigel Unwin 通过电子显微镜研究AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF膜蛋白、细菌视紫红质，并由此揭示出膜蛋白具有良好的机构，可以发生α- 螺旋。
近年来，亨德森将注意力集中在单粒子电子显微镜上，即用冷冻电镜确定蛋白质的原子分辨率模型。
雅克·迪波什（Jacques Dubochet）， 1942 年生于瑞士，1973 年博士毕业于日内瓦大学和瑞士巴塞尔大学，瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授。
Dubochet 博士领导的小组开发出真正成熟可用的快速投入冷冻制样技术制作不形成冰晶体的玻璃态冰包埋样品，随着冷台技术的开发，冷冻电镜技术正式推广开来。
革命性的冷冻电镜技术细胞里面的生命活动井然有序，每一个部分都有其特定的结构，承担不同的功能。
生物大分子则是一切生命活动的最终执行者，它们主要是核酸和蛋白。
核酸携带了生命体的遗传信息，而蛋白是生命活动的主要执行者。
2017年诺贝尔化学奖
获得高分辨率图像所需的强烈电子
束流会破坏生物材料样品
强度降低
成像质量下降
局
限
寻找新的成像技术 需要真空腔，这样的环境使生物分
子周围的水会迅速挥发，导致结构
崩塌
5
突破
• 1968年，剑桥大学MRC分子生物学实验室，Aron Klug和 DeRosier在Nature上发表了一篇关于利用电子显微镜照片 重构噬菌体病毒尾部三维结构的论文，提出并建立了电子显 微三维重构的一般概念和方法。Aron Klug因此获得1982年 诺贝尔化学奖。
细菌视紫红质三维立 体结构图像（7Å）
原子级分辨率的细菌 视紫红质结构
7
Joachim Frank
完成单颗粒三维重构算 法及软件Spider 冷冻电镜单颗粒分析的鼻祖
冷冻电镜发展的基础 8
Jacques Dubochet
亨德森
用葡萄糖保护 （不能普遍使用）
迪波什 对生物样品进行玻璃化
重要贡献：在真空环境下使
2017年度诺贝尔化学奖
——冷冻电镜技术
PPT制作： 云南大学生命科学学院2017级研究生
The Nobel Prize in Chemistry 2017
Jacques Dubochet
Joachim Frank
Richard Henderson
"for developing cryo-electron microscopy for the highresolution structure determination of biomolecules in solution".
2015年8月21日，施一公团队在《科学》（Science）同时 在线发表了两篇研究长文，《3.6埃的酵母剪接体结构》和 《前体信使RNA剪接的结构基础》。文章介绍了通过单颗粒 冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分 辨率的三维结构。
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2017年若贝尔化学奖：低温电子显微镜技术2017年诺贝尔化学奖的获得者——Jacques Dubochet，Joachim Frank一级Richard Henderson，同样是三人获奖。
他们三人并非一个团队，但是他们都为低温电子显微镜做出了贡献，这是一种用于高分辨率结构测定溶液中生物大分子的技术。
?X射线晶体衍射技术（X-RAY CRYSTALLOGRAPHY）即将成为历史，低温电子显微技术（CRYO-ELECTRON MICROSCOPY）引起了揭示细胞内隐秘机制的革命。
在剑桥大学一幢建筑的地下室里，一场技术革命正在酝酿。
一个笨重的、大约3米高的金属盒子通过连接细胞的橙色缆线，安安静静地传输着以万亿字节计算的数据。
这是世界上最先进的低温电子显微镜之一：低温电子显微镜通过电子束对冷冻的生物分子进行成像，从而得到分子的三维结构。
站在这个耗资770万美金的仪器旁，英国医学研究委员会分子生物学实验室（UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology，LMB）的结构生物学家Sjors Scheres表示，低温电子显微镜非常敏感，一声喊叫就会带来极大误差，导致实验失败。
“英国需要更多低温电子显微镜，因为未来它会成为结构生物学的主流。
”低温电子显微镜震惊了结构生物学。
过去30年里，低温电子显微镜揭示了核糖体、膜蛋白和其它关键细胞蛋白的精细结构。
这些发现都发表在顶级杂志上。
结构生物学家们表示，毫不夸张地说，低温电子显微技术正处于革命之中：低温电子显微镜能够快速生成高分辨率的分子模型，这一点远超X 射线晶体衍射等方法。
依靠旧方法获得诺奖的实验室也在努力学习这一技术。
这种新模型能够准确地揭示细胞运行的必要机制，以及如何靶向针对疾病相关的蛋白。
“低温电子显微镜能够解决很多以前无法解决的谜题。
”旧金山加利福利亚大学（University of California）的结构生物学家David Agard这样说道。
几年前Scheres被招进LMB，任务是帮助改进低温电子显微镜，最终他成功了。
上个月，他们发表了这个领域最令人振奋的成就：阿兹海默症相关的酶的高清图片，图片包括该酶的1200左右个氨基酸，分辨率达到零点几纳米。
生物学家们如今仍在努力发展该技术，以期用它解决小分子或可变形分子的精微结构——这对低温电子显微镜来说，也是一大挑战。
来自加利福利亚大学（University of California）的结构生物学家Eva Nogales表示，叫它革命也好，飞跃也好，低温电子显微镜的确打开了一扇大门。
蛋白结晶结构生物学领域有一条不成文的观点：结构决定功能。
只有知道生物分子的原子排布，研究者们才能了解这个蛋白的功能。
例如，核糖体是如何根据mRNA的序列来制造蛋白，分子孔道是如何开和关的。
几十年来，分析蛋白结构有一个无冕之王——X射线晶体衍射。
在X射线晶体衍射中，科学家们让蛋白结晶，接着利用X射线照射，随后根据X射线的衍射来重建蛋白的结构。
在蛋白质数据银行（Protein Data Bank）的100，000多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X 射线晶体衍射技术解析得到的。
很多诺贝尔奖也与这一技术相关，例如1962年揭示DNA双链螺旋结构的诺奖。
尽管X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具，但是它有较大的限制。
科学家们可能需要几年才能找到把蛋白形成大块结晶的方法。
而很多基础蛋白分子，例如嵌在细胞膜上的蛋白，或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。
当Richard Henderson 1973年到LMB，研究菌视紫红质（一种利用光把质子运进膜内的蛋白）结构时，X射线晶体衍射是首选工具。
Henderson和他的同事Nigel Unwin成功地做出了该蛋白的二维结晶，但却不适用于X射线衍射。
因此他们决定使用电子显微镜。
当时，电子显微镜主要用于研究用重金属染过色的病毒或组织切片。
一束光子打在样本上，新生的电子被检测到，被用于解析样本结构。
这种方法成功制作了第一幅病毒的精微图片——一种烟草病毒。
但染色导致无法看清各个蛋白，更不要说原子细节了。
Agarad表示，样本上要么满是斑点，要么没染上，你只能看到分子的轮廓。
Herderson等人省略了染色的步骤，把菌视紫红质的单层晶体放到金属网格中，然后用电子显微镜进行成像。
Agard表示，这个过程里，你看到的是蛋白的原子。
这在当时是很大的进步，因为当时人们都认为不可能利用电子显微镜解析蛋白结构。
Henderson等人在1975年发表了这一成果。
20世纪80年代和90年代，低温电子显微镜领域发展迅速。
一个关键性突破是利用液态乙烷来快速冷冻蛋白溶液。
这也是为什么叫低温电子显微镜的原因。
但这个技术的分辨率仅为1纳米，远远达不到针对蛋白结构进行药物设计的需求。
而当时X射线晶体衍射的分辨率能达到0.4纳米。
NIH等资助者投入了数亿美金来支持蛋白晶体领域的发展，但对于低温电子显微镜领域的资助却很少。
1997年，Henderson参加了高登研究会议（Gordon Research Conference ）关于3D电子显微镜的年会。
一位同事以这样的话做为开幕致词，“低温电子显微镜技术非常有限，不可能超越X射线晶体衍射。
”但Henderson的想法完全不同，在下一场发言中，他做出了反击。
Henderson指出，低温电子显微镜会超越其它各种技术，成为全球研究蛋白结构的主流工具。
革命由此开始在此之后，Henderson等人致力于提高电子显微镜的性能——尤其是感知电子的灵敏度。
在数码相机席卷全球很多年后，很多电子显微镜学家仍然倾向于使用传统的胶片，因为比起数码感应器，胶片能更有效地记录电子。
与显微镜生产商合作时，研究者们发明了一种新的直接电子探测器，这种探测器的灵敏度远高于胶片和数码相机探测器。
大约在2012年，这种探测器能够以一分钟几十帧的高速得到单个分子原子的连续图像。
同时，和Scheres一样的研究者们精心编写了将多张2D图片建成3D模型的软件程序。
这些3D图像的画质可以媲美X射线晶体衍射获得的图像。
低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。
因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。
三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖，但这些工作花了几十年。
近几年，低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。
多个团队研究了多种生物的核糖体，包括人类核糖体的首个高清模型。
X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室，Venki获得了2009年的诺奖。
Venki表示，对于大分子来说，低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。
这几年，低温电子显微镜的相关文章有很多：2015年一年，这个技术就用于100多个分子的结构研究。
X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像，但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能。
5月，多伦多大学（University of Toronto）结构生物学家JohnRubinstein等人使用了100，000张低温电子显微镜图片来生成V-ATPase 的“分子电影”，V-ATPase的作用是消耗ATP，把质子运进运出细胞液泡。
”我们发现，这个酶非常灵活，可以弯折、扭曲和变型。
”Rubinstein说道。
他认为，这是由于这个酶的灵活性，它能够高效地把ATP 释放的能量传递到质子泵。
2013年Nogales的团队拼接了调控DNA转录成RNA的复合体的结构。
他们发现，复合体的一个臂上悬挂着紧绕DNA 链的10纳米结构，这段结构可能影响基因转录。
Nogales表示，这个结构很漂亮，它可以帮助我们分析这个分子起作用的机制。
小而漂亮现在低温电镜迅猛发展，专家们正在寻找更大的挑战作为下一个解析目标。
对很多人来说，最想解析的是夹在细胞膜内的蛋白。
这些蛋白是细胞信号通路中的关键分子，也是比较热门的药物靶标。
这些蛋白很难结晶，而低温电子显微镜不大可能对单个蛋白进行成像，这是因为很难从背景噪音中提取这些信号。
这些困难都无法阻挡加利福利亚大学（University of California）的生物物理学家程亦凡。
他计划解析一种细小的膜蛋白TRPV1。
TRPV1是检测辣椒中引起灼烧感的物质的受体，并与其它痛感蛋白紧密相关。
加利福利亚大学病理学家David Julius等人之前尝试结晶TRPV1，结果失败。
用低温电子显微镜解析TRPV1项目，一开始进展缓慢。
但2013年底，技术进步使得这一项目有了重大突破，他们获得了分辨率为0.34纳米的TRPV1蛋白的结构。
该成果的发表对于领域来说，无异于惊雷。
因为这证实了低温电子显微镜能够解析小的、重要的分子。
“当我看到TRPV1的结构时，我激动得一晚上睡不着觉。
”Rubinstein说道。
研究者们可能面临更多这样无眠的夜晚。
Agard表示，会有更多膜蛋白相继被解析出来。
上个月由Scheres和清华大学的结构生物学家施一公合作发表的一篇文章就成功解析了一个膜蛋白。
他们建立了γ-分泌酶的模型，γ-分泌酶负责合成与阿兹海默症相关的β-淀粉斑。
0.34纳米分辨率的图谱显示，比较少见的遗传性阿尔茨海默病的γ-分泌酶突变后会在图谱上呈现两个“热点”（突变或者重组频率显着增加的位点），并且这种突变最终会合成有毒性的β-淀粉斑。
γ-分泌酶的结构图帮助研究者发现为什么以往的抑制剂会无效，从而促进新药的研发。
程亦凡表示，γ-分泌酶的结构非常惊人。
类似的成功吸引了制药公司的注意。
他们希望借助低温电子显微镜去解析那些无法结晶的蛋白，从而更好地研发药物。
Scheres如今和辉瑞公司合作，攻克离子通道。
离子通道包含很多膜蛋白，例如痛感受分子和神经递质受体。
“我几乎被每一个人联系过。
”Nogales这样说道。
尽管低温电子显微镜发展迅速，很多研究者认为，它仍有巨大提升空间。
他们希望能制造出更灵敏的电子探测器，以及更好地制备蛋白样本的方法。
这样的话，就能够对更小的、更动态的分子进行成像，并且分辨率更高。
5月，有研究者发表了一篇细菌蛋白的结构，分辨率达到了0.22纳米。
这也显示了低温显微镜的潜力。
与任何热门领域一样，低温电子显微镜的发展也有烦恼。
一些专家担心研究者们盲目追求该仪器会诱发一些问题。
2013年HIV表面蛋白的结构图遭到了科学家们的质疑，他们认为用于建模的图片很多都是白噪声。
此后，其他团队得到的X 射线晶体衍射和低温电子显微镜模型也对原模型提出了质疑。
但这些研究者们坚持相信自己的结果。
今年6月，在高登研究会议（Gordon Research Conference ）上，研究者们希望低温电子显微镜的结构图要有严格的质量控制。