蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)發(fā)展的艱難歷程

科學(xué)家們研究蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間。1988年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予三位德國(guó)科學(xué)家，原因是三個(gè)人通力合作，在世界上解析了一種膜蛋白——菌光合反應(yīng)中心的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，它拉開了膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)的序幕，在生物學(xué)界影響非常大。之后，科學(xué)家們?cè)诨蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)展，可以作為潛在靶向的蛋白質(zhì)的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增加，然而這些方法獲得有用晶體的成功率不足20%。

2011年，蛋白質(zhì)結(jié)晶板公司，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院和薩里大學(xué)的科學(xué)家們使用一種“分子印跡聚合物（MIPs）”的材料，研發(fā)出了一種更有效的制造蛋白質(zhì)晶體的方法。但是這種方法在結(jié)晶條件成分復(fù)雜，包含高鹽，寬泛的酸堿區(qū)間等條件下，容易造成MIPs對(duì)蛋白質(zhì)的印記作用失效?？蒲胁粩嗌钊?，蛋白質(zhì)結(jié)晶板價(jià)格，技術(shù)不斷迭代，目前，應(yīng)用為廣泛的晶體制備方法當(dāng)屬規(guī)模篩選，比如高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選，即從成百上千個(gè)溶液條件中篩選出適合結(jié)晶的條件。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前的高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成功率僅為15.6%，嚴(yán)重制約了蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。缺乏、廣譜的蛋白晶體制備技術(shù)是目前結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中的技術(shù)瓶頸。

近期，由深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒研究員課題組研發(fā)的一種蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選添加劑——人工晶種混懸液打破了技術(shù)桎梏。新法的應(yīng)用，能夠讓蛋白質(zhì)晶體的結(jié)晶更簡(jiǎn)便，更科學(xué)，更完整。

蛋白結(jié)晶板

盡管近些年來在蛋白質(zhì)結(jié)晶的理論、方法和技術(shù)上已取得巨大發(fā)展，獲得衍射良好的蛋白質(zhì)晶體仍然是利用X-射線解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要瓶頸問題。這里我們發(fā)展了一種新型的蛋白質(zhì)結(jié)晶方法—固液界面方法，蛋白質(zhì)結(jié)晶板，即SLIM。該方法主要包括兩個(gè)部分1)預(yù)先加入并干燥蛋白質(zhì)母液;2)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的時(shí)候，直接將蛋白質(zhì)溶液加入"干母液"中，蛋白質(zhì)結(jié)晶板多少錢，從而產(chǎn)生一個(gè)固體(干母液)和液體(蛋白質(zhì)溶液)的界面。該方法不僅操作簡(jiǎn)單、快速，而且降低了對(duì)蛋白質(zhì)溶液濃度的要求。

蛋白質(zhì)晶體板相互作用

蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次蛋白中的多肽鏈往往不是一個(gè)如圖4圖4所示完全伸展的鏈。L.C.鮑林和R.B.科里曾由氨基酸、小肽和有關(guān)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定中歸納了肽鍵的鍵長(zhǎng)、鍵角等。鏈中肽鍵N-C的鍵長(zhǎng)為1.32埃，具有40%的雙鍵成分，與周圍四個(gè)鍵是共面的，且N-H和C=O具有反式構(gòu)型。肽鍵因具雙鍵成分而無旋轉(zhuǎn)的自由，但它周圍的每個(gè)Cα原子與相鄰兩個(gè)肽鍵中的氮和碳原子所形成的Cα-N和Cα-C單鍵都具有較大的回旋余地，從而一個(gè)多肽鍵可能存在于不計(jì)其數(shù)的構(gòu)象或立體結(jié)構(gòu)中，其中有些構(gòu)象使未成鍵原子間形成較多較強(qiáng)的氫鍵并產(chǎn)生其他能使整個(gè)分子趨于穩(wěn)定的相互作用。

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