先進(jìn)院新技術(shù)提升蛋白質(zhì)結(jié)晶成功率

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

然而，經(jīng)典成核理論也有諸多缺點，它表明蛋白質(zhì)晶體的成核并不是沿著經(jīng)典路線而是更復(fù)雜的路線進(jìn)行的，即兩步法成核理論。步是形成足夠尺寸的溶質(zhì)分子團(tuán)簇，第二步是團(tuán)簇重新排列形成有序結(jié)構(gòu)。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(yīng)用到生物大分子（如蛋白質(zhì)）上還用到了有機(jī)小分子上，表明這一機(jī)理或許會成為大部分溶液析晶過程的基礎(chǔ)。在液滴內(nèi)從無序到有序結(jié)構(gòu)團(tuán)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(fù)雜性增加，成核的時間變長，因為高度的構(gòu)象靈活性，更復(fù)雜的分子形成佳晶格結(jié)構(gòu)會更困難。傳統(tǒng)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(zhì)結(jié)晶實驗中，這些成核劑的設(shè)計主要依賴于經(jīng)典的成核理論，無法適用于構(gòu)象靈活性強(qiáng)的絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子。針對這一難題，材料界面中心和武漢先進(jìn)院團(tuán)隊經(jīng)過不斷的設(shè)計和實驗驗證，終將成核劑材料設(shè)計為具有超構(gòu)表面的材料。

蛋白質(zhì)晶體板結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)晶體板晶體中的肌紅蛋白結(jié)構(gòu)會不會與溶液或中的很不一樣？將溶液、和晶體中肌紅蛋白的活性、吸收光譜、α-螺旋含量加以對比，即可打消這個顧慮。另外，海豹的肌紅蛋白和鯨的肌紅蛋白晶型很不一樣，但結(jié)構(gòu)都很一致，從而說明這個具有活性的三級結(jié)構(gòu)的性。血紅蛋白由四條多肽鏈組成，記號為α2β2。它們各與血紅素結(jié)合，形成四個亞基。四個亞基聚集在一起的方式稱為四級結(jié)構(gòu)。亞基之間殘基的順序都有些差別，但結(jié)構(gòu)很相似。

蛋白結(jié)晶板

首先探索了基于SU-8負(fù)性光刻膠的雙層芯片模具制作工藝,另外,為了在微流控芯片中形成均勻分散的蛋白液滴,我們對基于PDMS(聚二硅氧烷)的微流控芯片的表面性質(zhì)進(jìn)行了研究,分別觀察和評價了不同鍵合方法所制作液滴型PDMS微流控芯片應(yīng)用于制備油包水和水包油兩種液滴分散體系的效果;實驗結(jié)果顯示熱擴(kuò)散鍵合方法適用于制作油包水型PDMS液滴型微流控芯片,而等離子鍵合方法制作的PDMS芯片適于形成水包油型的液滴分散體系。為了實現(xiàn)芯片中樣品液滴的有效操控和分配,我們在微流控芯片中集成了空氣閥結(jié)構(gòu)。