用于蛋白质结晶的形核剂研究综述
来源期刊：材料导报2018年第11期
论文作者：石苗 侯海 Fiaz Ahmad 尹大川
文章页码：1820 - 1826
关键词：蛋白质结晶;结晶方法学;形核剂;
摘 要：获取蛋白质晶体是蛋白质三维结构解析、医疗药品生产、自组装纳米体系构建等过程中重要的步骤。例如,利用X射线衍射技术对蛋白质进行三维结构解析时,首先需要通过结晶条件筛选,获得质量较高的蛋白质晶体,进而进行衍射得到蛋白质结构相关信息。蛋白质结晶需要经历从未饱和区经亚稳区至形核区的形核过程以及从形核区到亚稳区的生长成熟过程。在整个蛋白质结晶过程中,形核过程是至关重要的一步。均相形核过程中,结晶体系中各个部分形核概率相同,当蛋白质结晶体系中溶液的过饱和度足够克服形核势垒时,在形核区发生成核,因而在低浓度的结晶溶液体系中,均相形核存在一定的局限性。形核剂的添加使蛋白质晶体异相形核,相较于均相形核其需要克服的阻力小,形核势垒低。因而形核剂的使用对于难结晶蛋白或者起始浓度过低的蛋白质结晶具有重要意义。随着结构生物学的发展,形核剂在蛋白质结晶中的研究仍是结晶方法学领域的热点问题。多孔微球对蛋白质分子的吸附作用有利于无序蛋白质分子团簇的形成,进而促进蛋白质形核。添加多孔微球不但可以增加结晶条件筛选数,也可以提高晶体质量。促进蛋白质分子有序排列的形核剂籽晶的使用,使晶体的形核生长过程始终处于结晶体系溶液浓度较低的状态,而交联的籽晶因为稳定性更高而更有应用前景。新型交互扩散结晶板中,蛋白质结晶体系通过一个较缓慢的交互扩散过程实现蛋白质结晶溶液浓度的变化,并且结晶体系可达到共平衡,因而能显著提高蛋白质晶体结晶条件筛选数和晶体质量:蛋白酶K结晶条件数由39个提升至47个,分辨率由1.66提升至1.54。利用基底材料的一些特性,如静电作用、疏水作用和氢键,可以起到促进蛋白质分子聚集的功能,从而促进形核。本文从物理作用和化学作用两个角度详细总结了形核剂对蛋白质结晶的影响,并展望了该领域的发展前景及研究方向。
石苗，侯海，Fiaz Ahmad，尹大川
西北工业大学生命学院空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室
摘 要：获取蛋白质晶体是蛋白质三维结构解析、医疗药品生产、自组装纳米体系构建等过程中重要的步骤。例如,利用X射线衍射技术对蛋白质进行三维结构解析时,首先需要通过结晶条件筛选,获得质量较高的蛋白质晶体,进而进行衍射得到蛋白质结构相关信息。蛋白质结晶需要经历从未饱和区经亚稳区至形核区的形核过程以及从形核区到亚稳区的生长成熟过程。在整个蛋白质结晶过程中,形核过程是至关重要的一步。均相形核过程中,结晶体系中各个部分形核概率相同,当蛋白质结晶体系中溶液的过饱和度足够克服形核势垒时,在形核区发生成核,因而在低浓度的结晶溶液体系中,均相形核存在一定的局限性。形核剂的添加使蛋白质晶体异相形核,相较于均相形核其需要克服的阻力小,形核势垒低。因而形核剂的使用对于难结晶蛋白或者起始浓度过低的蛋白质结晶具有重要意义。随着结构生物学的发展,形核剂在蛋白质结晶中的研究仍是结晶方法学领域的热点问题。多孔微球对蛋白质分子的吸附作用有利于无序蛋白质分子团簇的形成,进而促进蛋白质形核。添加多孔微球不但可以增加结晶条件筛选数,也可以提高晶体质量。促进蛋白质分子有序排列的形核剂籽晶的使用,使晶体的形核生长过程始终处于结晶体系溶液浓度较低的状态,而交联的籽晶因为稳定性更高而更有应用前景。新型交互扩散结晶板中,蛋白质结晶体系通过一个较缓慢的交互扩散过程实现蛋白质结晶溶液浓度的变化,并且结晶体系可达到共平衡,因而能显著提高蛋白质晶体结晶条件筛选数和晶体质量:蛋白酶K结晶条件数由39个提升至47个,分辨率由1.66提升至1.54。利用基底材料的一些特性,如静电作用、疏水作用和氢键,可以起到促进蛋白质分子聚集的功能,从而促进形核。本文从物理作用和化学作用两个角度详细总结了形核剂对蛋白质结晶的影响,并展望了该领域的发展前景及研究方向。
关键词：蛋白质结晶;结晶方法学;形核剂;
