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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)了很長時(shí)間。1988年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予三位德國科學(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，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(duì)蛋白質(zhì)的印記作用失效?？蒲胁粩嗌钊耄夹g(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)晶更簡便，更科學(xué)，更完整。

蛋白質(zhì)結(jié)晶原理

蛋白質(zhì)的X射線結(jié)構(gòu)分析首先要獲得合適的單晶。蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)尚未發(fā)展成熟，盡管很受人親睞，特別是受航天飛機(jī)中微重力實(shí)驗(yàn) 的激發(fā)。蛋白質(zhì)結(jié)晶是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過程，蛋白質(zhì)逐漸會(huì)從溶液中析出，雜質(zhì)、晶核及其他未知因素對(duì)此過程有所影響。通常，蛋白質(zhì)越純，生長晶體幾率越大。蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)者對(duì)蛋白質(zhì)的純度要求要嚴(yán)于生化學(xué)家的要求，后者往往在酶催化活性足夠高時(shí)就很滿意。另一方面，為了使蛋白質(zhì)結(jié)晶，不僅要加其他成分，所有蛋白質(zhì)分子的表面性質(zhì)也必須是相同的，特別是表面的電荷分布，因?yàn)樗绊懢w內(nèi)分子的聚集。質(zhì)譜是蛋白質(zhì)結(jié)晶中的一種有效工具，例如檢測重組蛋白的表達(dá)、樣品純度、重原子衍生物及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的特性。

蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)晶體板晶體中的肌紅蛋白結(jié)構(gòu)會(huì)不會(huì)與溶液或中的很不一樣？將溶液、和晶體中肌紅蛋白的活性、吸收光譜、α-螺旋含量加以對(duì)比，即可打消這個(gè)顧慮。另外，海豹的肌紅蛋白和鯨的肌紅蛋白晶型很不一樣，但結(jié)構(gòu)都很一致，從而說明這個(gè)具有活性的三級(jí)結(jié)構(gòu)的性。血紅蛋白由四條多肽鏈組成，記號(hào)為α2β2。它們各與血紅素結(jié)合，形成四個(gè)亞基。四個(gè)亞基聚集在一起的方式稱為四級(jí)結(jié)構(gòu)。亞基之間殘基的順序都有些差別，但結(jié)構(gòu)很相似。

蛋白結(jié)晶板

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(jī)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(jìn)展做一系統(tǒng)綜述。

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