新技術(shù)提升蛋白質(zhì)結(jié)晶成功率

超構(gòu)材料21世紀初被提出，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，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。

蛋白質(zhì)結(jié)晶方法

結(jié)晶方法(Crystallization Techniques)1.1.1 分批結(jié)晶(Batch Crystallization) 這是老的簡單的結(jié)晶方法，其原理是同步地在蛋白質(zhì)溶液中加入沉淀劑，立即使溶液達到一個高過飽和狀態(tài)。幸運的話，不需進一步處理即可在過飽和溶液中逐漸長出晶體。一個用于微分批結(jié)晶的自動化系統(tǒng)已被Chayen等人設(shè)計出（1991，1992），其微分批方法中，他們在1-2μl包含蛋白質(zhì)和沉淀劑的液滴中生長晶體。液滴被懸浮在油（如石蠟）中，油的作用是作為封層以防止蒸發(fā)，它并不干擾普通沉淀劑，但是干擾能溶解油的(Chayen, 1997; see also Chayen, 1998)。

蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)

多肽分子中前一個殘基中羰基碳原子與后一個殘基中的氨基氮原子之間形成一個肽鏈。多肽分子以氨基端為頭，而以羧基端為尾。組成蛋白質(zhì)分子的α-氨基酸都是L-異構(gòu)體，其構(gòu)型見圖2。圖2每個氨基酸或其殘基中羧酸根α位上的碳原子 Cα直接與氫原子、氨基和側(cè)鏈R基相連。在L-異構(gòu)體中,從Cα向R 看 時,按順時針順序排列是H、NH幦和COO。存在于蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸各以其側(cè)鏈R基而相區(qū)別。

蛋白質(zhì)結(jié)晶板

實用新型涉及一種蛋白質(zhì)結(jié)晶板,包括結(jié)晶板主體部分(10),以及在結(jié)晶板主體上以陣列形式分布的儲槽單元(20),每一所述儲槽單元(20)具有面板(240),在所述面板中間位置形成一凹槽,所述凹槽底部為第二面板(250),在所述第二面板中間位置或靠近一側(cè)的位置凹入形成儲槽(220),所述儲槽(220)至少一側(cè)的第二面板(250)中形成有至少一個滴液槽(230),所述面板(240)與第二面板(250)通過連接部(260)連接,所述結(jié)晶板主體部分(10)在其四周具有支撐部(300)。

設(shè)計并制作了一種在微腔中對蛋白質(zhì)進行微批量法(microbatch)結(jié)晶的碟式微流控結(jié)晶芯片,它是一種高通量、低成本、低耗樣量(納升級)、操作簡便的蛋白質(zhì)結(jié)晶篩選方法,這種芯片能成功地結(jié)晶溶菌酶(lysozyme)和青色熒光蛋白(CyPet).為了系統(tǒng)地比較這種微流控芯片與傳統(tǒng)的使用蒸汽擴散法的24孔結(jié)晶板的結(jié)晶能力,用3個Hampton結(jié)晶試劑盒