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意義重大的蛋白質(zhì)結(jié)晶

對“靜止”的蛋白質(zhì)進行觀察，很多“疑難雜癥”都能浮出水面，蛋白質(zhì)晶體對于生命科學(xué)的研究具有重大意義。以今年年初爆發(fā)的新型冠狀病毒（2019-nCoV）為例，我國科學(xué)家就是利用病毒的水解酶與的復(fù)合物晶體成功解析了原子結(jié)構(gòu)，可為抗病毒的快速篩選和研發(fā)提供有力的工具。截止2020年1月1日，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫收錄了超過16萬個蛋白質(zhì)晶體的原子結(jié)構(gòu)信息，已經(jīng)滲透到了眾多領(lǐng)域，如藥學(xué)，醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，材料學(xué)等。目前，有9位科學(xué)家因解析蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾獎。然而，讓蛋白質(zhì)結(jié)晶可不是一件容易的事情。在科學(xué)界，蛋白質(zhì)晶體的生長常常被認為是“藝術(shù)”遠多于“科學(xué)”，甚至有許多科學(xué)家為了晶體更好地結(jié)晶，開始有些“小”：比如把做好的結(jié)晶板放在車上開出去幾個小時，或是在晶體實驗柜門上貼了兩只大恐龍貼紙……其實，這些“小”都反映出：蛋白質(zhì)晶體的結(jié)晶過程受到很多因素的影響，能夠有一顆完整的結(jié)晶是一件很困難的事情。想要獲得足夠質(zhì)量的晶體，尤其對新穎的、表征不佳的基因產(chǎn)物來說，通常是新結(jié)構(gòu)測定項目中困難也是耗時的步驟。

蛋白質(zhì)晶體板相互作用

蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次蛋白中的多肽鏈往往不是一個如圖4圖4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。肽鍵因具雙鍵成分而無旋轉(zhuǎn)的自由，但它周圍的每個Cα原子與相鄰兩個肽鍵中的氮和碳原子所形成的Cα-N和Cα-C單鍵都具有較大的回旋余地，從而一個多肽鍵可能存在于不計其數(shù)的構(gòu)象或立體結(jié)構(gòu)中，其中有些構(gòu)象使未成鍵原子間形成較多較強的氫鍵并產(chǎn)生其他能使整個分子趨于穩(wěn)定的相互作用。

蛋白結(jié)晶板

盡管近些年來在蛋白質(zhì)結(jié)晶的理論、方法和技術(shù)上已取得巨大發(fā)展,獲得衍射良好的蛋白質(zhì)晶體仍然是利用X-射線解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個主要瓶頸問題。這里我們發(fā)展了一種新型的蛋白質(zhì)結(jié)晶方法—固液界面方法,即SLIM。該方法主要包括兩個部分1)預(yù)先加入并干燥蛋白質(zhì)母液;2)進行晶體生長的時候,直接將蛋白質(zhì)溶液加入'干母液'中,從而產(chǎn)生一個固體(干母液)和液體(蛋白質(zhì)溶液)的界面。該方法不僅操作簡單、快速,而且降低了對蛋白質(zhì)溶液濃度的要求。