蛋白質結晶技術發(fā)展的艱難歷程

科學家們研究蛋白質結晶技術花費了很長時間。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——菌光合反應中心的高分辨率三維結構，它拉開了膜蛋白結構生物學的序幕，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組學領域不斷取得新進展，可以作為潛在靶向的蛋白質的數(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晶體的方法。但是這種方法在結晶條件成分復雜，包含高鹽，，寬泛的酸堿區(qū)間等條件下，容易造成MIPs對蛋白質的印記作用失效?？蒲胁粩嗌钊?，技術不斷迭代，目前，應用為廣泛的晶體制備方法當屬規(guī)模篩選，比如高通量蛋白質結晶篩選，即從成百上千個溶液條件中篩選出適合結晶的條件。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，目前的高通量蛋白質結晶篩選的成功率僅為15.6%，嚴重制約了蛋白質結晶技術在結構生物學領域的應用和發(fā)展。缺乏、廣譜的蛋白晶體制備技術是目前結構生物學研究中的技術瓶頸。

近期，由深圳先進技術研究院喻學鋒研究員課題組研發(fā)的一種蛋白質結晶篩選添加劑——人工晶種混懸液打破了技術桎梏。新法的應用，能夠讓蛋白質晶體的結晶更簡便，更科學，更完整。

蛋白結晶板過程實驗

蛋白結晶板過程是一種重要的分離過程單元操作,由于機理的復雜性以及動態(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,介紹了間歇結晶過程數(shù)學模型的研究進展,評述了其中的關鍵問題和求解技術.指出對結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晶過程數(shù)學模型研究的基礎.全局優(yōu)化效果較好的進化算法和模型預測控制理論在結晶過程動態(tài)優(yōu)化和質量控制中的應用是今后的研究方向。

蛋白結晶板過程

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

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

蛋白質晶體板結構介紹

所示完全伸展的鏈。L.C.鮑林和R.B.科里曾由氨基酸、小肽和有關化合物晶體結構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具有反式構型。

這樣的二級結構以或大或小的含量，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，結構還有更高的層次。這兩類周期結構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構，并進一步決定其特異的功能。