蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)發(fā)展的艱難歷程

科學家們研究蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù)花費了很長時間。1988年諾貝爾化學獎被授予三位德國科學家，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)生物學的序幕，在生物學界影響非常大。之后，科學家們在基因組學和蛋白質(zhì)組學領(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，英國帝國理工學院和薩里大學的科學家們使用一種“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?？蒲胁粩嗌钊?，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)生物學研究中的技術(shù)瓶頸。

近期，由深圳先進技術(shù)研究院喻學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，更完整。

蛋白結(jié)晶板過程實驗

蛋白結(jié)晶板過程是一種重要的分離過程單元操作,由于機理的復(fù)雜性以及動態(tài)特性使得該過程的數(shù)學模型研究非常具有挑戰(zhàn)性.本文從間歇結(jié)晶過程建模和動態(tài)模擬,動態(tài)優(yōu)化,模型辨識以及魯棒優(yōu)化與控制等方面,介紹了間歇結(jié)晶過程數(shù)學模型的研究進展,評述了其中的關(guān)鍵問題和求解技術(shù).指出對結(jié)晶過程的機理進一步深入認識,開發(fā)數(shù)值穩(wěn)定,精度更高的求解算法是間歇結(jié)晶過程數(shù)學模型研究的基礎(chǔ).全局優(yōu)化效果較好的進化算法和模型預(yù)測控制理論在結(jié)晶過程動態(tài)優(yōu)化和質(zhì)量控制中的應(yīng)用是今后的研究方向。

蛋白結(jié)晶板過程

概括了蛋白質(zhì)結(jié)晶的基本過程,闡述了蛋白質(zhì)結(jié)晶的早期發(fā)展歷程,重點介紹了蛋白質(zhì)結(jié)晶的近期研究狀況,主要包括:形核機理的研究,結(jié)晶條件的篩選和結(jié)晶技術(shù)的優(yōu)化以及基于結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù).特別是對離子液體在蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中的應(yīng)用及發(fā)展前景進行了討論，

論述了國內(nèi)外生物大分子(蛋白質(zhì),酶等)沉淀結(jié)晶的研究現(xiàn)狀和進展,著重從結(jié)晶熱力學,粒子聚集,結(jié)晶的成核與晶體生長,以及場的作用等方面闡述了蛋白質(zhì)沉淀結(jié)晶過程的特定現(xiàn)象與可能的結(jié)晶機理,對蛋白質(zhì)的沉淀結(jié)晶過程作了的描述,并提出未來研究方向,為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析,新藥設(shè)計,生化研究以及工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)介紹

所示完全伸展的鏈。L.C.鮑林和R.B.科里曾由氨基酸、小肽和有關(guān)化合物晶體結(jié)構(gòu)的測定中歸納了肽鍵的鍵長、鍵角等。鏈中肽鍵N-C的鍵長為1.32埃，具有40%的雙鍵成分，與周圍四個鍵是共面的，且N-H和C=O具有反式構(gòu)型。

這樣的二級結(jié)構(gòu)以或大或小的含量，相當廣泛地存在于各種球蛋白和纖維蛋白中。在功能變化多端的球蛋白分子中，結(jié)構(gòu)還有更高的層次。這兩類周期結(jié)構(gòu)并不貫穿在整個多肽鏈中，而存在于某些分段中。這樣，多肽鏈折疊成球形的三級結(jié)構(gòu)，并進一步?jīng)Q定其特異的功能。