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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常活躍的前沿領(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)晶體板

研究蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)分支學(xué)科。蛋白質(zhì)分子是由上百或更多的α-氨基酸作為單體縮合而成的多肽（見肽）鏈構(gòu)成的。能構(gòu)成蛋白質(zhì)中多肽鏈的α-氨基酸總共有 20種L－氨基酸。

甘氨酸的R基為一個氫原子，而其他氨基酸的R基分別為脂肪側(cè)鏈、帶羥基的脂肪側(cè)鏈、帶芳香環(huán)的側(cè)鏈、堿性側(cè)鏈、帶羧酸基的側(cè)鏈、帶酰胺基的側(cè)鏈和含硫側(cè)鏈等。脯氨酸的側(cè)鏈是一個丙二基(-CH2-CH2-CH2-)，一端與Cα相連,另一端則與脯氨酸中氨基的氮原子相連,形成一個五元環(huán)，并使其中氨基成為一個仲氨基，而在其他氨基酸中都是伯氨基。這樣，脯氨酸縮合到多肽中后所得殘基在氮原子上已無氫原子

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(xué)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。