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)花費了很長時間。1988年諾貝爾化學(xué)獎被授予三位德國科學(xué)家，原因是三個人通力合作，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)家們在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域不斷取得新進展，可以作為潛在靶向的蛋白質(zhì)的數(shù)量呈指數(shù)級增加，然而這些方法獲得有用晶體的成功率不足20%。

2011年，英國帝國理工學(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對蛋白質(zhì)的印記作用失效。科研不斷深入，技術(shù)不斷迭代，目前，應(yīng)用為廣泛的晶體制備方法當屬規(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)晶更簡便，更科學(xué)，更完整。

蛋白結(jié)晶板

蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)是生命科學(xué)研究中極為重要的信息,X射線單晶衍射技術(shù)是目前獲得結(jié)構(gòu)信息的手段,但如何篩選到個蛋白晶體是該技術(shù)必需的步,也是制約結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)展的主要瓶頸問題之一.現(xiàn)在一般通過規(guī)模篩選的方法從眾多的溶液中篩選出可結(jié)晶的條件,但是工作量較大,效率也不高.回顧了近年來在提高結(jié)晶篩選效率方向取得的成就。

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)建等過程中重要的步驟.例如,利用X射線衍射技術(shù)對蛋白質(zhì)進行三維結(jié)構(gòu)解析時,首先需要通過結(jié)晶條件篩選,獲得質(zhì)量較高的蛋白質(zhì)晶體,進而進行衍射得到蛋白質(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)的形核過程以及從形核區(qū)到亞穩(wěn)區(qū)的生長成熟過程.在整個蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中,形核過程是至關(guān)重要的一步.均相形核過程中,結(jié)晶體系中各個部分形核概率相同,當?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)晶體系中溶液的過飽和度足夠克服形核勢壘時,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。

近年來,晶狀體蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)研究日漸廣泛.蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)以其高通量,等優(yōu)勢,為晶狀體這一人體內(nèi)蛋白質(zhì)含量高組織的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了可靠的技術(shù)支撐,從而為揭示年齡相關(guān)性白的發(fā)生機制提供了新思路和新方向.本文就蛋白質(zhì)組學(xué)的分離,鑒定及相關(guān)新技術(shù)在晶狀體蛋白研究中的應(yīng)用進展做一系統(tǒng)綜述。

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