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先進院新技術提升蛋白質結晶成功率

100多年前，吉布斯等人提出“經典成核理論”，結晶過程是一些分子或原子偶然聚集在一起，碰巧以結晶形式排列，然后其他分子（原子）逐個附著，形成更大的結晶相，該結論得到了學術界廣泛認可。

然而，經典成核理論也有諸多缺點，它表明蛋白質晶體的成核并不是沿著經典路線而是更復雜的路線進行的，即兩步法成核理論。步是形成足夠尺寸的溶質分子團簇，第二步是團簇重新排列形成有序結構。目前的實驗和理論研究，證明了兩步法成核理論不僅可以應用到生物大分子（如蛋白質）上還用到了有機小分子上，表明這一機理或許會成為大部分溶液析晶過程的基礎。在液滴內從無序到有序結構團簇的形成，也就是第二步，決定晶體成核速率，由于這一步中分子復雜性增加，成核的時間變長，因為高度的構象靈活性，更復雜的分子形成佳晶格結構會更困難。傳統的成核劑材料，如礦物晶體、石墨烯、多孔材料如多孔硅等都曾作為成核劑用于蛋白質結晶實驗中，這些成核劑的設計主要依賴于經典的成核理論，無法適用于構象靈活性強的絕大多數蛋白質分子。針對這一難題，材料界面中心和武漢先進院團隊經過不斷的設計和實驗驗證，終將成核劑材料設計為具有超構表面的材料。

蛋白質晶體板介紹使用

通過紅外光譜,掃描電鏡,X射線衍射對產物的晶型,形貌及物相進行了詳細表征,初步探討了文石晶體形成機理及生長機理。本文研究的主要內容及所獲得的結論如下:1.常溫常壓下,以竹蟶韌帶纖維狀蛋白質為基底,采用氣體擴散法可以在較大的條件范圍內合成出純文石晶體:即稀硫酸濃度0.1mol-L-1,NH4HCO3粉末19.0g,CaCl2濃度0.9-9.0mmol·L-1,溶液高度10-30mm,反應溫度20-30℃,結晶時間3-12小時。而空白對照(以玻璃蓋玻片為基底)制備出的晶體主要為菱形方解石,還有少量文石和球文石。

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因而形核劑的使用對于難結晶蛋白或者起始濃度過低的蛋白質結晶具有重要意義.隨著結構生物學的發展,形核劑在蛋白質結晶中的研究仍是結晶方法學領域的熱點問題.多孔微球對蛋白質分子的吸附作用有利于無序蛋白質分子團簇的形成,進而促進蛋白質形核.添加多孔微球不但可以增加結晶條件篩選數。

綜述了雜質對蛋白質晶體生長影響研究領域的進展情況, 對可能的雜質來源以及雜質對結晶過程的影響進行了介紹,重點介紹了和結晶蛋白質分子結構相似的雜質分子的影響, 包括晶體成核、生長形態、表面形貌、生長動力學、質量等,以及雜質在晶體中的重新分配。

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提出了一個適用于蛋白質結晶過程的基于晶體形狀結構的群體粒數衡算模型.在該模型中,蛋白質晶體的形狀被定量描述為每個晶面到晶體幾何中心的距離,由此提出了基于蛋白質晶形的多維粒度分布,即形狀分布的概念.應用非線性回歸的方法,確定了四方系溶菌酶的結晶動力學方程參數.結合本提出的基于晶體形狀結構的群體粒數衡算模型。

溫度控制作為調控蛋白質結晶過程的手段,在結晶實驗中被廣泛采用.熱歷史 效應作為蛋白質結晶實驗中新的影響因素,已被越來越多的科學家所重視.控制溫度可以改變蛋白質的溶解度,進一步改變溶液的過飽和度,從而影響結晶過程.我 們簡要總結了溫度對蛋白質結晶的影響及應用溫度技術控制蛋白質晶體生長的各種技術,為蛋白質結晶工作提供理論和實驗依據.。