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)晶板實驗研究

大分子生物藥以晶體形式作為給藥的方式具有穩(wěn)定性高,有效成分濃度高以及容易實現(xiàn)的可控性釋放等許多優(yōu)點.然而,,截至2004年的150多種生物藥中,以晶體為其主要的生產(chǎn)和銷售形態(tài)的只有胰島素.造成這種情況的主要技術(shù)原因是因為蛋白質(zhì)結(jié)晶和小分子結(jié)晶相比具有更為復雜的結(jié)晶環(huán)境和影響因素,大規(guī)模生產(chǎn)蛋白質(zhì)晶體在方法和技術(shù)上還很不成熟。

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。

蛋白質(zhì)晶體板

重組蛋白技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)晶、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)相互作用及結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學研究中具有非常重要的作用。當前對重組蛋白的純化,目前常采用固定化金屬離子親和色譜(IMAC)技術(shù),即通過IMAC材料上的金屬離子與組氨酸標簽之間的螯合作用實現(xiàn)帶組氨酸標簽的重組蛋白的純化,但是由于IMAC材料上金屬離子暴露在材料表面,任何能與金屬離子產(chǎn)生螯合作用的蛋白質(zhì)均獲在IMAC上,如表面富含組氨酸。