新型功能化石墨烯，改善冷凍電鏡優(yōu)勢取向問題

單顆粒冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)是目前用于解析生物大分子高分辨率結(jié)構(gòu)的主流手段之一。然而，高質(zhì)量的冷凍電鏡樣品制備仍然面臨很多挑戰(zhàn)，如氣液界面、優(yōu)勢取向和背景噪音等，極大地限制了結(jié)構(gòu)解析的效率。

針對這些問題，北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心王宏偉課題組、清華大學藥學院饒燏課題組和北京大學彭海琳課題組合作研發(fā)了一種新型功能化石墨烯電鏡載網(wǎng)，有助解決樣品顆粒優(yōu)勢取向和氣液界面等問題。

該研究合成了多種帶有不同電荷性質(zhì)基團（如氨基和磺酸根）的重氮鹽分子，并利用這些重氮鹽分子對CVD生長的石墨烯膜進行功能化修飾，進而獲得帶有不同電荷性質(zhì)的石墨烯支撐膜。他們利用石蠟作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，將石墨烯支撐膜潔凈轉(zhuǎn)移到電鏡載網(wǎng)上，用以冷凍電鏡樣品制備。

經(jīng)過冷凍電子斷層掃描重構(gòu)表征，這種功能化石墨烯支撐膜保證了對目標生物大分子的有效吸附，避免了氣液界面所帶來的潛在風險。另外，因為石墨烯表面修飾的基團帶有不同的電荷性質(zhì)，從而提供了與目標生物大分子不同的相互作用方式，達到豐富取向分布的目的。

單顆粒冷凍電鏡數(shù)據(jù)分析表明，帶有負電性修飾的石墨烯傾向性地結(jié)合生物大分子顆粒表面的正電性區(qū)域，而帶有正電性修飾的石墨烯則結(jié)合生物大分子顆粒的負電性區(qū)域，實現(xiàn)了調(diào)控生物大分子的取向分布。乳酸乳球菌第二類內(nèi)含子LtrB RNP在常規(guī)支撐膜上具有嚴重的優(yōu)勢取向問題，從而較難獲得高分辨率重構(gòu)。在該研究中，這種帶有不同電性修飾的功能化石墨烯支撐膜能夠調(diào)控LtrB RNP的取向分布，成功解決了優(yōu)勢取向問題，獲得了分辨率達3.2?的三維重構(gòu)結(jié)果。并且，在三維重構(gòu)過程中，相比沒有修飾的普通石墨烯支撐膜，LtrB RNP在功能化石墨烯膜上的顆粒有效利用率也明顯增加。

這些數(shù)據(jù)表明這種功能化石墨烯支撐膜提供了一個較為友好的作用界面，有助于保護生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。