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蛋白質結晶技術發展的艱難歷程

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量呈指數級增加，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，，寬泛的酸堿區間等條件下，容易造成MIPs對蛋白質的印記作用失效。科研不斷深入，技術不斷迭代，目前，應用為廣泛的晶體制備方法當屬規模篩選，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。據相關數據顯示，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。

蛋白結晶板過程實驗

蛋白結晶板過程是一種重要的分離過程單元操作,由于機理的復雜性以及動態特性使得該過程的數學模型研究非常具有挑戰性.本文從間歇結晶過程建模和動態模擬,動態優化,模型辨識以及魯棒優化與控制等方面,介紹了間歇結晶過程數學模型的研究進展,評述了其中的關鍵問題和求解技術.指出對結晶過程的機理進一步深入認識,開發數值穩定,精度更高的求解算法是間歇結晶過程數學模型研究的基礎.全局優化效果較好的進化算法和模型預測控制理論在結晶過程動態優化和質量控制中的應用是今后的研究方向。

蛋白結晶板過程

概括了蛋白質結晶的基本過程,闡述了蛋白質結晶的早期發展歷程,重點介紹了蛋白質結晶的近期研究狀況,主要包括:形核機理的研究,結晶條件的篩選和結晶技術的優化以及基于結構的設計技術.特別是對離子液體在蛋白質結晶過程中的應用及發展前景進行了討論，

論述了國內外生物大分子(蛋白質,酶等)沉淀結晶的研究現狀和進展,著重從結晶熱力學,粒子聚集,結晶的成核與晶體生長,以及場的作用等方面闡述了蛋白質沉淀結晶過程的特定現象與可能的結晶機理,對蛋白質的沉淀結晶過程作了的描述,并提出未來研究方向,為蛋白質結構分析,新藥設計,生化研究以及工業化生產提供一定的基礎。

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，并進一步決定其特異的功能。