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和銷售形態(tài)的只有胰島素.造成這種情況的主要技術原因是因為蛋白質結晶和小分子結晶相比具有更為復雜的結晶環(huán)境和影響因素,大規(guī)模生產蛋白質晶體在方法和技術上還很不成熟。

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?jīng)Q定其特異的功能。

蛋白質晶體板

重組蛋白技術在蛋白質結晶、蛋白質、蛋白質相互作用及結構蛋白質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,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生螯合作用的蛋白質均獲在IMAC上,如表面富含組氨酸。