先進院新技術(shù)提升蛋白質(zhì)結(jié)晶成功率

100多年前，吉布斯等人提出“經(jīng)典成核理論”，結(jié)晶過程是一些分子或原子偶然聚集在一起，碰巧以結(jié)晶形式排列，然后其他分子（原子）逐個附著，形成更大的結(jié)晶相，該結(jié)論得到了學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可。

然而，經(jīng)典成核理論也有諸多缺點，它表明蛋白質(zhì)晶體的成核并不是沿著經(jīng)典路線而是更復(fù)雜的路線進行的，即兩步法成核理論。步是形成足夠尺寸的溶質(zhì)分子團簇，第二步是團簇重新排列形成有序結(jié)構(gòu)。目前的實驗和理論研究，證明了兩步法成核理論不僅可以應(yīng)用到生物大分子（如蛋白質(zhì)）上還用到了有機小分子上，表明這一機理或許會成為大部分溶液析晶過程的基礎(chǔ)。在液滴內(nèi)從無序到有序結(jié)構(gòu)團簇的形成，也就是第二步，決定晶體成核速率，由于這一步中分子復(fù)雜性增加，成核的時間變長，因為高度的構(gòu)象靈活性，更復(fù)雜的分子形成佳晶格結(jié)構(gòu)會更困難。傳統(tǒng)的成核劑材料，如礦物晶體、石墨烯、多孔材料如多孔硅等都曾作為成核劑用于蛋白質(zhì)結(jié)晶實驗中，這些成核劑的設(shè)計主要依賴于經(jīng)典的成核理論，無法適用于構(gòu)象靈活性強的絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子。針對這一難題，材料界面中心和武漢先進院團隊經(jīng)過不斷的設(shè)計和實驗驗證，終將成核劑材料設(shè)計為具有超構(gòu)表面的材料。

蛋白質(zhì)晶體板是什么

蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，對蛋白質(zhì)晶體用X射線衍射法解出蛋白質(zhì)分子中各原子排列的三維結(jié)構(gòu)。在晶體中各蛋白質(zhì)分子以有序的晶胞形式重復(fù)排列，其形成受蛋白質(zhì)的純度和濃度、pH值、溫度、沉淀劑等影響。由于遺傳工程、同步輻射裝置、探測和分析技術(shù)、結(jié)晶自動化等技術(shù)的飛躍進步，已獲得的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)從“蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫”中僅有的7個增加到。為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的主要研究對象，對了解生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的各種生物學(xué)功能、外界各種因子對細(xì)胞的作用、分子設(shè)計等方面提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

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€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,形成一個五元環(huán)，并使其中氨基成為一個仲氨基，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氫原子。