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?；钴S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，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，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題。

隨后通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)和制備工藝，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，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)室開展了合作，助力我國(guó)的生命科學(xué)和生物研究。

蛋白結(jié)晶板

獲取蛋白質(zhì)晶體是蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析,藥品生產(chǎn),自組裝納米體系構(gòu)建等過(guò)程中重要的步驟.例如,利用X射線衍射技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)解析時(shí),首先需要通過(guò)結(jié)晶條件篩選,獲得質(zhì)量較高的蛋白質(zhì)晶體,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.均相形核過(guò)程中,結(jié)晶體系中各個(gè)部分形核概率相同,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)晶體系中溶液的過(guò)飽和度足夠克服形核勢(shì)壘時(shí),在形核區(qū)發(fā)生成核,因而在低濃度的結(jié)晶溶液體系中,均相形核存在一定的局限性。

形核劑的添加使蛋白質(zhì)晶體異相形核,相較于均相形核其需要克服的阻力小,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)問題.多孔微球?qū)Φ鞍踪|(zhì)分子的吸附作用有利于無(wú)序蛋白質(zhì)分子團(tuán)簇的形成,進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)形核.添加多孔微球不但可以增加結(jié)晶條件篩選數(shù),也可以提高晶體質(zhì)量.促進(jìn)蛋白質(zhì)分子有序排列的形核劑籽晶的使用,使晶體的形核生長(zhǎng)過(guò)程始終處于結(jié)晶體系溶液濃度較低的狀態(tài),而交聯(lián)的籽晶因?yàn)榉€(wěn)定性更高而更有應(yīng)用前景.新型交互擴(kuò)散結(jié)晶板中。

蛋白質(zhì)晶體板

研究蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)分支學(xué)科。蛋白質(zhì)分子是由上百或更多的α-氨基酸作為單體縮合而成的多肽（見肽）鏈構(gòu)成的。能構(gòu)成蛋白質(zhì)中多肽鏈的α-氨基酸總共有 20種L－氨基酸。

甘氨酸的R基為一個(gè)氫原子，而其他氨基酸的R基分別為脂肪側(cè)鏈、帶羥基的脂肪側(cè)鏈、帶芳香環(huán)的側(cè)鏈、堿性側(cè)鏈、帶羧酸基的側(cè)鏈、帶酰胺基的側(cè)鏈和含硫側(cè)鏈等。脯氨酸的側(cè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)丙二基(-CH2-CH2-CH2-)，一端與Cα相連,另一端則與脯氨酸中氨基的氮原子相連,形成一個(gè)五元環(huán)，并使其中氨基成為一個(gè)仲氨基，而在其他氨基酸中都是伯氨基。這樣，脯氨酸縮合到多肽中后所得殘基在氮原子上已無(wú)氫原子。