传统结构生物学依赖X射线晶体学与核磁共振技术，但存在样品制备难、分辨率受限等瓶颈。冷冻电镜通过快速冷冻生物样本，结合高灵敏度成像与三维重构算法，突破了动态大分子结构解析的壁垒。

一、技术原理革新：从静态到动态捕捉

传统方法需样品形成晶体或液态环境，而冷冻电镜通过以下流程实现单颗粒分析：

二、分辨率跃升与样本适用性扩展

1. 分辨率突破
   2015年后算法优化使分辨率进入1-3?级别（接近原子水平），例如解析离子通道蛋白TRPV1的精细结构。
2. 适用样本范围
   • 超大复合体（如核糖体、病毒衣壳）
   • 膜蛋白（传统方法结晶困难）
   • 瞬态结构（如酶催化中间态）

三、研究流程效率提升

传统晶体学需数月甚至数年筛选晶体，冷冻电镜将周期缩短至数周。例如：

• 新冠病毒刺突蛋白结构解析：2020年全球团队在2周内完成从样本制备到结构发布。
• 动态过程追踪：结合时间分辨技术，可观察分子机器（如蛋白酶体）的工作机制。

四、推动药物研发与疾病机制研究

1. 精准药物设计
   基于靶点蛋白的高清结构（如阿尔茨海默症相关Tau蛋白），加速抑制剂开发。
2. 中国研究案例
   • 清华大学团队解析首个真核生物剪接体结构
   • 上海科技大学揭示多巴胺受体信号转导路径

五、技术局限与未来方向

当前挑战包括小分子（<100kDa）解析精度不足及设备成本高昂。微晶电子衍射（MicroED）与人工智能辅助建模正在拓展其应用边界，例如解析天然产物小分子结构。