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(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。

蛋白質(zhì)晶體板相互作用

蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次蛋白中的多肽鏈往往不是一個如圖4圖4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。肽鍵因具雙鍵成分而無旋轉(zhuǎn)的自由，但它周圍的每個Cα原子與相鄰兩個肽鍵中的氮和碳原子所形成的Cα-N和Cα-C單鍵都具有較大的回旋余地，從而一個多肽鍵可能存在于不計其數(shù)的構(gòu)象或立體結(jié)構(gòu)中，其中有些構(gòu)象使未成鍵原子間形成較多較強的氫鍵并產(chǎn)生其他能使整個分子趨于穩(wěn)定的相互作用。

蛋白結(jié)晶板

為滿足固相時間分辨熒光分析(TRFIA)研究需要,采用固相載體改進技術(shù)研制用于檢測系統(tǒng)的聚微孔板,不僅提高TRFIA系統(tǒng)的靈敏度,而且可以把該技術(shù)應(yīng)用到其他分析技術(shù)、生物芯片技術(shù)、污水處理、發(fā)酵工藝、酶工程和親和層析,具有重要的現(xiàn)實意義。本文將聚微孔板內(nèi)表面固相功能化,研制一種在聚微孔板內(nèi)表面形成耐受強酸、強堿、的尼龍-6膜層,并在膜層表面化得到活性基團與己二酸二酰肼進行“手臂”連接,用雙功能基團活化,活化后的膜層與蛋白質(zhì)具有很高的連接性能和穩(wěn)定性。