Bachelor's thesis

Determination of high-resolution structures of biomolecules with electron microscopy

Určování biomolekulárních struktur ve vysokém rozlišení pomocí elektronové mikroskopie

Anna Jelinková
Abstract

V tejto bakalárskej práci sa venujeme určovaniu štruktúry apoferritínu pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie vo vysokom rozlíšení. Charakterizujeme vlastnosti apoferritínu, vďaka ktorým je štandardom pre túto metódu. Popisujeme stavbu a fyzikálne princípy transmisného elektrónového mikroskopu. Hodnotíme namerané dáta, ďalej spracované pomocou špecifického softvéru a na záver konštatujeme kvalitu a pravdivosť výslednej 3D štruktúry.

Abstract

In this thesis we study apoferritin as the standard for high-resolution cryo-electron microscopy. We define properties and physical principles of transmission electron microscope. We evaluate measured data and data processing done by specific software and at the end we evaluate quality and reality of final 3D structure.

Keywords
Kryo-elektrónová mikroskopia Transmisná elektrónová mikroskopia Štruktúrna biológia Analýza jednotlivých častíc Apoferritín Relion Transmission electron microscopy Cryo-electron microscopy Structural biology Single particles analysis
Thesis description

Ve strukturní biologii, ale např. i v chemii či dalších oblastech studia atomárních struktur molekul platila za nejpoužívanější a nejpřesnější metodu rentgenová krystalografie. S rozvojem detektorů v elektronové mikroskopii a zpracováním obrazu došlo k výraznému zlepšení výsledného rozlišení studovaných struktur, které dnes dosahují 3-5 Å, což vedlo v poslední dekádě k obrovskému nárůstu popularity elektronové mikroskopie a částečnému odlivu od rentgenové krystalografie. K dosažení ještě vyšších rozlišení v elektronové mikroskopii, tedy sub 3 Å nebo dokonce sub 2 Å je třeba nejen kvalitního experimentální vybavení (např. Titan Krios), ale rovněž velké množství snímků biomolekuly neobsahující flexibilní oblasti ve své 3D struktuře. Současně je ovšem třeba dostatečných zkušeností, aby výsledná struktura, resp. její rozlišení nebylo uměle nadhodnoceno nevhodnými prostředky, tedy aby data nebyla tzv. „přeinterpretována“.

Cílem bakalářské práce je, aby si student/ka osvojil/a metody přípravy vzorků pro získání vysoce rozlišených struktur pomocí elektronové mikroskopie, a dále jejich analýzu, klasifikaci a rafinaci výsledné 3D struktury. Nezbytnou součástí bakalářské práce bude seznámení se s metodami určení rozlišení struktur získaných pomocí elektronové mikroskopie a jejich validace.

Práce může být vypracována v anglickém nebo slovenském jazyce.


Literatura:
  • Joachim Frank: Three-Dimensional Electron Microscopy of Macromolecular Assemblies: Visualization of Biological Molecules in Their Native State 2nd Ed., Oxford University Press, 2006
  • Grant J. Jensen : Cryo-EM Part A Sample Preparation and Data Collection, Methods in Enzymology 2010 Vol. 481
  • Grant J. Jensen : Cryo-EM Part A 3D Reconstruction, Methods in Enzymology 2010 Vol. 482
  • Monya Baker: Cryo-electron microscopy shapes up, Nature, 2018 Vo.l 561, 565-7
  • Jonas Hanske, Yashar Sadian, Christoph W. Müller: The cryo-EM resolution revolution and transcription complexes, Current Opinion in Structural Biology, 2018, Vol. 52, 8-15
  • Olivia Pfeil-Gardiner, Deryck J. Mills, Janet Vonck, Werner Kuehlbrandta: A comparative study of single-particle cryo-EM with liquid-nitrogen and liquid-helium cooling, IUCrJ, 2019, 6(Pt 6), 1099–1105
  • Sjors H.W. Scheres: RELION: Implementation of a Bayesian approach to cryo-EM structure determination, Journal of Structural Biology, 2012, 180(3), 519-530
  • Sjors H.W. Scheres: A Bayesian View on Cryo-EM Structure Determination, Journal of Molecular Biology, 2012, 415(2), 406-418
Administrative information
The thesis has been checked:
24/8/2020 15:01, doc. Mgr. Karel Kubíček, Ph.D., UČO 20563
Full text of thesis
47,5 MB / file PDF
Language used
Slovak Slovak
Defence date
14/9/2020
The thesis was defended successfully

Supervisor

doc. Mgr. Karel Kubíček, Ph.D., UČO 20563
ÚFKL Fyz PřF MU

Reader

Mgr. Dušan Hemzal, Ph.D., UČO 9844
ÚFKL Fyz PřF MU

Consultant

Mgr. Jiří Nováček, Ph.D., UČO 151132
CryoEM CSB CEITEC MU
Cite this text
Masaryk University Faculty of Science
Programme
Physics
Field of Study

Theses on a related topic

List of theses with an identical keyword.

Similar documents

  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.

  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.

  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.

  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.

  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.