新技術(shù)提升蛋白質(zhì)結(jié)晶成功率

超構(gòu)材料21世紀(jì)初被提出，截至目前它仍然是非常活躍的前沿領(lǐng)域。其中的微結(jié)構(gòu)，大小尺度與它作用的蛋白質(zhì)尺寸相當(dāng)，因此得以對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)晶過(guò)程施加干預(yù)，對(duì)蛋白質(zhì)的聚集態(tài)形成起到促進(jìn)作用，從而降低了兩步成核中的步能壘。其次，通過(guò)材料本體結(jié)構(gòu)的晶格對(duì)聚集態(tài)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行引導(dǎo)排列，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子的有序排列和晶核形成，從而降低了兩步成核中的第二步能壘。

盡管通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論證明了超構(gòu)材料在蛋白質(zhì)結(jié)晶方面的巨大潛力，但要充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)則必須兼容當(dāng)前蛋白質(zhì)結(jié)晶通過(guò)的高通量篩選系統(tǒng)。目前國(guó)際上普遍采用液體處理機(jī)器人來(lái)進(jìn)行高通量結(jié)晶篩選，蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)板公司，篩選一個(gè)結(jié)晶條件的蛋白樣品消耗體積為納升級(jí)別。因此，如何快速，蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)板多少錢(qián)，穩(wěn)定地將成核劑添加到高通量系統(tǒng)的同時(shí)，又不對(duì)結(jié)晶系統(tǒng)造成大的影響成為急需解決的問(wèn)題。

隨后通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)和制備工藝，蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)板，考察了各生產(chǎn)因素對(duì)成核劑尺寸和穩(wěn)定性的影響，確定了適合高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成核劑混懸劑的制備工藝流程。這是一種含有具有表面超結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料，其尺寸分布在幾百納米到幾微米之間。該產(chǎn)品的組成為材料顆粒與水溶液的混懸液。在蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選實(shí)驗(yàn)中，使用該產(chǎn)品有助于提高蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成功率，包括改善晶體的分辨率和篩選新的結(jié)晶條件，蛋白質(zhì)晶體培養(yǎng)板價(jià)格，使不結(jié)晶或難結(jié)晶的蛋白質(zhì)成功結(jié)晶，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力，使用該成核劑已經(jīng)成功結(jié)晶和解析十多個(gè)蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。

此外，針對(duì)能夠結(jié)晶的蛋白質(zhì)分子，成核劑混懸液在篩選新的結(jié)晶條件，提升結(jié)晶的分辨率方面同樣有效。目前，先進(jìn)院已經(jīng)與國(guó)內(nèi)超過(guò)18個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了合作，助力我國(guó)的生命科學(xué)和生物研究。

蛋白質(zhì)晶體板

進(jìn)而進(jìn)行衍射得到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)信息.蛋白質(zhì)結(jié)晶需要經(jīng)歷從未飽和區(qū)經(jīng)亞穩(wěn)區(qū)至形核區(qū)的形核過(guò)程以及從形核區(qū)到亞穩(wěn)區(qū)的生長(zhǎng)成熟過(guò)程.在整個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)晶過(guò)程中，形核過(guò)程是至關(guān)重要的一步，形核勢(shì)壘低.因而形核劑的使用對(duì)于難結(jié)晶蛋白或者起始濃度過(guò)低的蛋白質(zhì)結(jié)晶具有重要意義.隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，形核劑在蛋白質(zhì)結(jié)晶中的研究仍是結(jié)晶方法學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)

多肽分子中前一個(gè)殘基中羰基碳原子與后一個(gè)殘基中的氨基氮原子之間形成一個(gè)肽鏈。多肽分子以氨基端為頭，而以羧基端為尾。組成蛋白質(zhì)分子的α-氨基酸都是L-異構(gòu)體，其構(gòu)型見(jiàn)圖2。圖2每個(gè)氨基酸或其殘基中羧酸根α位上的碳原子 Cα直接與氫原子、氨基和側(cè)鏈R基相連。在L-異構(gòu)體中，從Cα向R 看 時(shí)，按順時(shí)針順序排列是H、NH幦和COO。存在于蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸各以其側(cè)鏈R基而相區(qū)別。

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