[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/2020\/12\/12\/einzelpartikelanalyse-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/2020\/12\/12\/einzelpartikelanalyse-wikipedia\/","headline":"Einzelpartikelanalyse – Wikipedia","name":"Einzelpartikelanalyse – Wikipedia","description":"before-content-x4 Die Einzelpartikelanalyse segmentiert und mittelt viele Partikel aus einer Probe, sodass Computeralgorithmen die einzelnen Bilder zu einem kombinierten “repr\u00e4sentativen”","datePublished":"2020-12-12","dateModified":"2020-12-12","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d5\/SingleParticleAnalysis.png\/220px-SingleParticleAnalysis.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d5\/SingleParticleAnalysis.png\/220px-SingleParticleAnalysis.png","height":"146","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/2020\/12\/12\/einzelpartikelanalyse-wikipedia\/","wordCount":4943,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4  Die Einzelpartikelanalyse segmentiert und mittelt viele Partikel aus einer Probe, sodass Computeralgorithmen die einzelnen Bilder zu einem kombinierten “repr\u00e4sentativen” Bild verarbeiten k\u00f6nnen.  Dies erm\u00f6glicht Verbesserungen des Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnisses und kann mit der Entfaltung kombiniert werden, um begrenzte Verbesserungen der r\u00e4umlichen Aufl\u00f6sung im Bild bereitzustellen.Einzelpartikelanalyse ist eine Gruppe verwandter computergest\u00fctzter Bildverarbeitungstechniken, die zur Analyse von Bildern aus der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) verwendet werden.[1]    Diese Methoden wurden entwickelt, um die Informationen zu verbessern und zu erweitern, die aus TEM-Bildern von Partikelproben, typischerweise Proteinen oder anderen gro\u00dfen biologischen Einheiten wie Viren, erhalten werden k\u00f6nnen.  Einzelne Bilder von gef\u00e4rbten oder nicht gef\u00e4rbten Partikeln sind sehr verrauscht und daher schwer zu interpretieren.  Die Kombination mehrerer digitalisierter Bilder \u00e4hnlicher Partikel ergibt ein Bild mit st\u00e4rkeren und leichter interpretierbaren Merkmalen.  Eine Erweiterung dieser Technik verwendet Einzelpartikelmethoden, um eine dreidimensionale Rekonstruktion des Partikels aufzubauen.  Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie ist es m\u00f6glich geworden, Rekonstruktionen mit einer Aufl\u00f6sung im Subnanometerbereich und einer Aufl\u00f6sung nahe dem Atom zu erzeugen[2][3]  zuerst bei hochsymmetrischen Viren und jetzt auch bei kleineren asymmetrischen Proteinen.[4]  Table of ContentsTechniken[edit]Ausrichtung und Klassifizierung[edit]Bildfilterung[edit]Kontrast\u00fcbertragungsfunktion[edit]Dreidimensionale Rekonstruktion[edit]Neigungsmethoden[edit]Kartenvisualisierung und -anpassung[edit]Beispiele[edit]Prim\u00e4rdatenbank[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Techniken[edit]Die Einzelpartikelanalyse kann sowohl an negativ gef\u00e4rbten als auch in in Glask\u00f6rpereis eingebetteten CryoTEM-Proben durchgef\u00fchrt werden.  Einzelpartikelanalyseverfahren h\u00e4ngen im Allgemeinen davon ab, dass die Probe homogen ist, obwohl Techniken f\u00fcr den Umgang damit Konformationsheterogenit\u00e4t Werden entwickelt.  Bilder (mikroskopische Aufnahmen), die in der Vergangenheit auf Film gesammelt wurden, werden mit hochwertigen Scannern oder mit eingebauten CCD-Detektoren digitalisiert, die an eine phosphoreszierende Schicht gekoppelt sind.  Heutzutage ist es \u00fcblich, direkte Elektronendetektoren zum Sammeln von Bildern zu verwenden.  Die Bildverarbeitung erfolgt beispielsweise mit speziellen Softwareprogrammen[5]), h\u00e4ufig auf Computerclustern mit mehreren Prozessoren ausgef\u00fchrt.  Abh\u00e4ngig von der Probe oder den gew\u00fcnschten Ergebnissen k\u00f6nnen verschiedene Schritte der zwei- oder dreidimensionalen Verarbeitung durchgef\u00fchrt werden.Ausrichtung und Klassifizierung[edit]Biologische Proben und insbesondere in d\u00fcnnes Glask\u00f6rpereis eingebettete Proben sind hoch strahlungsempfindlich, so dass nur niedrige Elektronendosen zur Abbildung der Probe verwendet werden k\u00f6nnen.  Diese niedrige Dosis sowie Variationen in der Metallfleck verwendet (falls verwendet) bedeutet, dass Bilder im Verh\u00e4ltnis zu dem von dem beobachteten Partikel gegebenen Signal ein hohes Rauschen aufweisen.  Durch Ausrichten mehrerer \u00e4hnlicher Bilder zueinander im Register und anschlie\u00dfendes Mitteln kann ein Bild mit einem h\u00f6heren Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis erhalten werden.  Da das Rauschen meist zuf\u00e4llig verteilt ist und die zugrunde liegenden Bildmerkmale konstant sind, werden durch Mitteln der Intensit\u00e4t jedes Pixels \u00fcber mehrere Bilder nur die konstanten Merkmale verst\u00e4rkt.  Typischerweise wird die optimale Ausrichtung (eine Verschiebung und eine Drehung in der Ebene) zum Abbilden eines Bildes auf ein anderes durch Kreuzkorrelation berechnet.Eine mikroskopische Aufnahme enth\u00e4lt jedoch h\u00e4ufig Partikel in mehreren unterschiedlichen Orientierungen und \/ oder Konformationen. Um repr\u00e4sentativere Bildmittelwerte zu erhalten, ist ein Verfahren erforderlich, um \u00e4hnliche Partikelbilder zu mehreren S\u00e4tzen zusammenzufassen.  Dies wird normalerweise unter Verwendung eines von mehreren Datenanalyse- und Bildklassifizierungsalgorithmen durchgef\u00fchrt, wie beispielsweise einer mehrvariablen statistischen Analyse und einer hierarchischen Aszendentenklassifizierung, oder k-mittel Clustering.Oft werden Datens\u00e4tze von Zehntausenden von Partikelbildern verwendet, und um eine optimale L\u00f6sung zu erreichen, wird ein iteratives Verfahren zur Ausrichtung und Klassifizierung verwendet, wobei starke Bildmittelwerte, die durch Klassifizierung erzeugt werden, als Referenzbilder f\u00fcr eine nachfolgende Ausrichtung des gesamten Datensatzes verwendet werden .  Bildfilterung[edit]Die Bildfilterung (Bandpassfilterung) wird h\u00e4ufig verwendet, um den Einfluss von Informationen mit hoher und \/ oder niedriger Ortsfrequenz in den Bildern zu verringern, was die Ergebnisse der Ausrichtungs- und Klassifizierungsverfahren beeinflussen kann.  Dies ist besonders n\u00fctzlich bei negativen Fleckenbildern.  Die Algorithmen verwenden schnelle Fourier-Transformationen (FFT), bei denen h\u00e4ufig Gau\u00df-f\u00f6rmige Weichkantenmasken im Reziprokraum verwendet werden, um bestimmte Frequenzbereiche zu unterdr\u00fccken.  Hochpassfilter entfernen niedrige Ortsfrequenzen (wie Rampen- oder Gradienteneffekte) und lassen die h\u00f6heren Frequenzen intakt.  Tiefpassfilter entfernen Merkmale mit hoher Ortsfrequenz und verwischen feine Details.Kontrast\u00fcbertragungsfunktion[edit]Aufgrund der Art der Bilderzeugung im Elektronenmikroskop werden Hellfeld-TEM-Bilder unter Verwendung eines signifikanten Unterfokus erhalten.  Dies f\u00fchrt zusammen mit den Merkmalen, die dem Linsensystem des Mikroskops eigen sind, zu einer Unsch\u00e4rfe der gesammelten Bilder, die als Punktstreufunktion sichtbar sind.  Die kombinierten Effekte der Bildgebungsbedingungen sind als Kontrast\u00fcbertragungsfunktion (CTF) bekannt und k\u00f6nnen als Funktion im reziproken Raum mathematisch angen\u00e4hert werden.  Spezielle Bildverarbeitungstechniken wie Phasenumkehr und Amplitudenkorrektur \/ Wiener Filterung k\u00f6nnen (zumindest teilweise)[6]) korrigieren Sie die CTF und erm\u00f6glichen Sie hochaufl\u00f6sende Rekonstruktionen.Dreidimensionale Rekonstruktion[edit]Transmissionselektronenmikroskopische Bilder sind Projektionen des Objekts, die die Verteilung der Dichte durch das Objekt zeigen, \u00e4hnlich wie bei medizinischen R\u00f6ntgenstrahlen.  Unter Verwendung des Projektionsscheibensatzes kann eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts erzeugt werden, indem viele Bilder (2D-Projektionen) des Objekts aus einem Blickwinkelbereich kombiniert werden.  Proteine \u200b\u200bin Glask\u00f6rpereis nehmen idealerweise eine zuf\u00e4llige Verteilung der Orientierungen (oder Betrachtungswinkel) an und erm\u00f6glichen eine ziemlich isotrope Rekonstruktion, wenn eine gro\u00dfe Anzahl von Partikelbildern verwendet wird.  Dies steht im Gegensatz zur Elektronentomographie, bei der die Betrachtungswinkel aufgrund der Geometrie der Probe \/ Bildgebung begrenzt sind, was eine anisotrope Rekonstruktion ergibt.  Die gefilterte R\u00fcckprojektion ist eine h\u00e4ufig verwendete Methode zur Erzeugung von 3D-Rekonstruktionen in der Einzelpartikelanalyse, obwohl viele alternative Algorithmen existieren.[3]Bevor eine Rekonstruktion durchgef\u00fchrt werden kann, muss die Ausrichtung des Objekts in jedem Bild gesch\u00e4tzt werden.  Es wurden verschiedene Methoden entwickelt, um die relativen Euler-Winkel jedes Bildes zu ermitteln.  Einige basieren auf gemeinsamen Linien (gemeinsame 1D-Projektionen und Sinogramme), andere verwenden iterative Projektionsanpassungsalgorithmen.  Letzteres beginnt mit einem einfachen 3D-Startmodell mit niedriger Aufl\u00f6sung, vergleicht die experimentellen Bilder mit Projektionen des Modells und erstellt ein neues 3D, um eine L\u00f6sung zu finden.Es stehen auch Methoden zur Verf\u00fcgung, um 3D-Rekonstruktionen von helikalen Proben (wie dem Tabakmosaikvirus) durchzuf\u00fchren, wobei die inh\u00e4rente helikale Symmetrie ausgenutzt wird.  F\u00fcr diese Proben k\u00f6nnen sowohl Realraummethoden (Behandlung von Abschnitten der Helix als einzelne Partikel) als auch reziproke Raummethoden (unter Verwendung von Beugungsmustern) verwendet werden.Neigungsmethoden[edit]Der Probentisch des Mikroskops kann gekippt werden (typischerweise entlang einer einzelnen Achse), wodurch die als Einzelpartikeltechnik bekannte Technik erm\u00f6glicht wird zuf\u00e4llige konische Neigung.[7]  Ein Bereich der Probe wird sowohl bei Null- als auch bei Neigungen mit hohem Winkel (~ 60-70 Grad) oder im Fall der verwandten Methode von abgebildet orthogonale Neigungsrekonstruktion, +45 und \u201345 Grad.  Partikelpaare, die demselben Objekt bei zwei verschiedenen Neigungen (Neigungspaaren) entsprechen, werden ausgew\u00e4hlt, und durch Befolgen der in nachfolgenden Ausrichtungs- und Klassifizierungsschritten verwendeten Parameter kann relativ einfach eine dreidimensionale Rekonstruktion erzeugt werden.  Dies liegt daran, dass der Betrachtungswinkel (definiert als drei Euler-Winkel) jedes Partikels aus der Neigungsgeometrie bekannt ist.3D-Rekonstruktionen aus zuf\u00e4lliger konischer Neigung leiden unter fehlenden Informationen, die sich aus einem eingeschr\u00e4nkten Orientierungsbereich ergeben.  Bekannt als der fehlende Kegel (aufgrund der Form im wechselseitigen Raum) f\u00fchrt dies zu Verzerrungen in den 3D-Karten.  Das Problem des fehlenden Kegels kann jedoch h\u00e4ufig durch Kombinieren mehrerer Neigungsrekonstruktionen \u00fcberwunden werden.  Tilt-Verfahren eignen sich am besten f\u00fcr negativ gef\u00e4rbte Proben und k\u00f6nnen f\u00fcr Partikel verwendet werden, die in bevorzugten Orientierungen am Kohlenstofftr\u00e4gerfilm adsorbieren.  Das als Laden bekannte Ph\u00e4nomen oder strahlinduzierte Bewegung macht das Sammeln von Bildern mit hoher Neigung von Proben in Glask\u00f6rpereis schwierig.Kartenvisualisierung und -anpassung[edit]Es stehen verschiedene Softwareprogramme zur Verf\u00fcgung, mit denen die 3D-Karten angezeigt werden k\u00f6nnen.  Diese erm\u00f6glichen es dem Benutzer h\u00e4ufig, Proteinkoordinaten (Strukturen aus der R\u00f6ntgenkristallographie oder NMR) von Untereinheiten manuell in die Elektronendichte einzudocken.  Mehrere Programme k\u00f6nnen auch rechnerisch Untereinheiten anpassen.Beispiele[edit]Wichtige Informationen zur Proteinsynthese, Ligandenbindung und RNA-Wechselwirkung k\u00f6nnen mit dieser neuen Technik bei mittleren Aufl\u00f6sungen von 7,5 bis 25 \u00c5 erhalten werden.[8]Methanococcus maripaludis Chaperonin,[9]  rekonstruiert auf 0,43 Nanometer Aufl\u00f6sung.[10]  Dieser bakterielle Proteinkomplex ist eine Maschine zum Falten anderer Proteine, die in der Schale eingeschlossen werden.Fetts\u00e4uresynthase[11]  aus Hefe mit einer Aufl\u00f6sung von 0,59 Nanometer.[12]  Dieser riesige Enzymkomplex ist verantwortlich f\u00fcr den Aufbau der langkettigen Fetts\u00e4uren, die f\u00fcr das Zellleben essentiell sind.Eine 0,33-Nanometer-Rekonstruktion des Aquareovirus.[13][14]  Diese Viren infizieren Fische und andere Wassertiere.  Die Rekonstruktion hat eine ausreichend hohe Aufl\u00f6sung, um Aminos\u00e4ureseitenkettendichten leicht sichtbar zu machen.Prim\u00e4rdatenbank[edit]Verweise[edit]^ Frank, Joachim (2006). Dreidimensionale Elektronenmikroskopie makromolekularer Anordnungen: Visualisierung biologischer Molek\u00fcle in ihrem nativen Zustand.  Oxford: Oxford University Press.  ISBN 978-0-19-518218-7.[page\u00a0needed]^ Zhou ZH (April 2008). “Auf dem Weg zur atomaren Aufl\u00f6sung der Strukturbestimmung durch Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie”. Aktuelle Meinung in der Strukturbiologie. 18 (2): 218\u201328.  doi:10.1016 \/ j.sbi.2008.03.004.  PMC 2714865.  PMID 18403197.^ ein b Wang Q, Matsui T., Domitrovic T., Zheng Y., Doerschuk PC, Johnson JE (M\u00e4rz 2013). “Dynamik in Kryo-EM-Rekonstruktionen, die mit Varianzkarten mit maximaler Wahrscheinlichkeit visualisiert wurden”. Zeitschrift f\u00fcr Strukturbiologie. 181 (3): 195\u2013206.  doi:10.1016 \/ j.jsb.2012.11.005.  PMC 3870017.  PMID 23246781.^ Bartesaghi, Alberto;  Merk, Alan;  Banerjee, Soojay;  Matthies, Doreen;  Wu, Xiongwu;  Milne, Jacqueline LS;  Subramaniam, Sriram (05.06.2015). CryoTEM-Struktur von \u03b2-Galactosidase mit einer Aufl\u00f6sung von 2,2 \u00c5 im Komplex mit einem zellpermeanten Inhibitor. Wissenschaft. 348 (6239): 1147\u20131151.  Bibcode:2015Sci … 348.1147B.  doi:10.1126 \/ science.aab1576.  ISSN 1095-9203.  PMC 6512338.  PMID 25953817.^ “\u91d1 \u5f69 \u91d1 38 \u6ee1 100 \u63d0 \u73b0 _ \u65e0\u9700 \u7533\u8bf7 \u81ea\u52a8 \u9001 \u5f69 \u91d1 \u3010\u5b98 \u7f51\u3011”.^ Downing KH, Glaeser RM (August 2008). “Wiederherstellung von Bildern mit schwachem Phasenkontrast, die mit einem hohen Grad an Defokussierung aufgenommen wurden: das mit der CTF-Korrektur verbundene” Doppelbild “-Problem”. Ultramikroskopie. 108 (9): 921\u20138.  doi:10.1016 \/ j.ultramic.2008.03.004.  PMC 2694513.  PMID 18508199.^ Radermacher M., Wagenknecht T., Verschoor A., \u200b\u200bFrank J. (Mai 1987).  “Dreidimensionale Rekonstruktion aus einer zuf\u00e4lligen konischen Neigungsreihe mit Einzelbelichtung, angewendet auf die 50S-ribosomale Untereinheit von Escherichia coli”. Journal of Microscopy. 146 (Pt 2): 113\u201336.  doi:10.1111 \/ j.1365-2818.1987.tb01333.x.  PMID 3302267.^ Arias-Palomo E, MA Recuero-Checa, XR Bustelo, O Llorca (Dezember 2007). “3D-Struktur der Syk-Kinase bestimmt durch Einzelteilchen-Elektronenmikroskopie”. Biochim.  Biophys.  Acta. 1774 (12): 1493\u20139.  doi:10.1016 \/ j.bbapap.2007.10.008.  PMC 2186377.  PMID 18021750.^ Japanische Proteindatenbank http:\/\/www.pdbj.org\/emnavi\/emnavi_movie.php?id=5137^ Zhang J., Baker ML, Schr\u00f6der GF, et al.  (Januar 2010). “Mechanismus des Schlie\u00dfens der Faltkammer in einem Chaperonin der Gruppe II”. Natur. 463 (7279): 379\u201383.  Bibcode:2010Natur.463..379Z.  doi:10.1038 \/ nature08701.  PMC 2834796.  PMID 20090755.^ Japanische Proteindatenbank http:\/\/www.pdbj.org\/emnavi\/emnavi_movie.php?id=1623^ Gipson P., Mills DJ, Wouts R., Grininger M., Vonck J., K\u00fchlbrandt W. (Mai 2010). “Direkter struktureller Einblick in den Substrat-Shuttling-Mechanismus der Hefefetts\u00e4uresynthase durch Elektronenkryomikroskopie”. Verfahren der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika. 107 (20): 9164\u20139.  Bibcode:2010PNAS..107.9164G.  doi:10.1073 \/ pnas.0913547107.  PMC 2889056.  PMID 20231485.^ Japanische Proteindatenbank http:\/\/www.pdbj.org\/emnavi\/emnavi_movie.php?id=5160^ Zhang X, Jin L, Fang Q, Hui WH, Zhou ZH (April 2010). “3.3 Eine Kryo-EM-Struktur eines nicht umh\u00fcllten Virus zeigt einen Priming-Mechanismus f\u00fcr den Zelleintritt.”. Zelle. 141 (3): 472\u201382.  doi:10.1016 \/ j.cell.2010.03.041.  PMC 3422562.  PMID 20398923.Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki9\/2020\/12\/12\/einzelpartikelanalyse-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Einzelpartikelanalyse – Wikipedia"}}]}]