新技術(shù)提升蛋白質(zhì)結(jié)晶成功率

超構(gòu)材料21世紀(jì)初被提出，截至目前它仍然是非?；钴S的前沿領(lǐng)域。其中的微結(jié)構(gòu)，大小尺度與它作用的蛋白質(zhì)尺寸相當(dāng)，因此得以對蛋白質(zhì)的結(jié)晶過程施加干預(yù)，對蛋白質(zhì)的聚集態(tài)形成起到促進作用，從而降低了兩步成核中的步能壘。其次，通過材料本體結(jié)構(gòu)的晶格對聚集態(tài)蛋白質(zhì)分子進行引導(dǎo)排列，促進蛋白質(zhì)分子的有序排列和晶核形成，從而降低了兩步成核中的第二步能壘。

盡管通過實驗和理論證明了超構(gòu)材料在蛋白質(zhì)結(jié)晶方面的巨大潛力，但要充分發(fā)揮其優(yōu)勢則必須兼容當(dāng)前蛋白質(zhì)結(jié)晶通過的高通量篩選系統(tǒng)。目前國際上普遍采用液體處理機器人來進行高通量結(jié)晶篩選，篩選一個結(jié)晶條件的蛋白樣品消耗體積為納升級別。因此，如何快速，穩(wěn)定地將成核劑添加到高通量系統(tǒng)的同時，又不對結(jié)晶系統(tǒng)造成大的影響成為急需解決的問題。

隨后通過優(yōu)化生產(chǎn)和制備工藝，考察了各生產(chǎn)因素對成核劑尺寸和穩(wěn)定性的影響，確定了適合高通量蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成核劑混懸劑的制備工藝流程。這是一種含有具有表面超結(jié)構(gòu)的有機無機復(fù)合材料，其尺寸分布在幾百納米到幾微米之間。該產(chǎn)品的組成為材料顆粒與水溶液的混懸液。在蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選實驗中，使用該產(chǎn)品有助于提高蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選的成功率，包括改善晶體的分辨率和篩選新的結(jié)晶條件，使不結(jié)晶或難結(jié)晶的蛋白質(zhì)成功結(jié)晶，展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力，使用該成核劑已經(jīng)成功結(jié)晶和解析十多個蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。

此外，針對能夠結(jié)晶的蛋白質(zhì)分子，成核劑混懸液在篩選新的結(jié)晶條件，提升結(jié)晶的分辨率方面同樣有效。目前，先進院已經(jīng)與國內(nèi)超過18個實驗室開展了合作，助力我國的生命科學(xué)和生物研究。

蛋白結(jié)晶板使用

用于人工和高通量蛋白晶體生長以及其他生物或有機晶體生長的設(shè)備和方法.一微孔板包含多個單元格,以及一限定微孔板中單元格的邊框.在每個單元格中至少存在一個上部開口的孔.單元格中的每個孔底部可以封閉,或者其底部是開口的,但孔底部由一獨立部件封閉,其可以為獨立的膜或板(例如塑料,玻璃或金屬)或一模制部件。

獲得晶體及提高晶體質(zhì)量是蛋白質(zhì)結(jié)晶方法學(xué)中的兩大基本問題.為解決這兩個問題,結(jié)構(gòu)生物學(xué)家已發(fā)展了許多方法,其中針對蛋白質(zhì)本身進行分子改造是非常重要的方法之一.通過蛋白質(zhì)工程技術(shù),如突變,還原化修飾,剪切或刪除構(gòu)象柔性環(huán)區(qū),融合蛋白,復(fù)合物共結(jié)晶,原位蛋白質(zhì)水解等方法對蛋白質(zhì)本身進行分子改造。

蛋白結(jié)晶板發(fā)展

可明顯提高其結(jié)晶成功率及晶體質(zhì)量.隨著該方面成功案例的不斷積累,分子改造技術(shù)越來越凸顯出其在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析中的重要作用,特別是對一些難以結(jié)晶或提高晶體質(zhì)量的蛋白質(zhì)而言,其應(yīng)用價值更不可忽視.針對近年來分子改造技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)晶中的應(yīng)用進行了回顧與總結(jié),并展望了其未來的發(fā)展。

在高密度微孔板技術(shù)和DNA微陣列技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的蛋白質(zhì)芯片技術(shù),能夠在蛋白質(zhì)水平上進行基因高通量表達分析,從而成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究的有效方法.蛋白質(zhì)芯片依靠手工,壓印或噴墨的方法將探針蛋白點樣在化學(xué)膜,凝膠,微孔板或玻片上形成陣列,經(jīng)過與樣品的雜交捕獲靶蛋白。

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蛋白質(zhì)晶體板

半胱氨酸、賴氨酸的蛋白質(zhì)、以及含有金屬離子的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)的吸附會導(dǎo)致重組蛋白質(zhì)純度大幅降低。為了解決這一問題,我們制備了兩類新材料,用于提高重組蛋白質(zhì)純度:1)通過分子印跡技術(shù),以組氨酸標(biāo)簽為模板,在IMAC材料表面形成組氨酸標(biāo)簽的分子印跡層,使得不含組氨酸標(biāo)簽的蛋白質(zhì)無法靠近IMAC材料,從而提高重組蛋白純度;2)通過活性可控自由基聚合,在IMAC基質(zhì)材料表面包被了一層尺寸可控的聚合物涂層。在聚合物網(wǎng)絡(luò)的篩分作用下,進而實現(xiàn)帶組氨酸標(biāo)簽的重組蛋白的純化。