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《自然》雜志:蛋白結構分析的新里程碑

更新時間:2013-12-04      瀏覽次數(shù):1582

利用X射線晶體學技術研究蛋白質結構,需要用許多已知數(shù)據(jù),來填補數(shù)據(jù)的缺口。而現(xiàn)在,科學家們應用X射線新技術,從頭解析了蛋白質的準確結構,構建了該蛋白的完整3D模型,這是蛋白結構分析的一個重要里程碑。

溶菌酶(lysozyme)是一種已經(jīng)被廣泛研究的蛋白。日前,美國能源部(DOE)SLAC國家加速器實驗室的研究人員,使用直線加速器相干光源LCLS(Linac Coherent Light Source)和復雜的計算機分析工具,從頭生成了溶菌酶的準確模型。這項研究于十一月二十四日發(fā)表在Nature雜志上。

一直以來,由于許多重要蛋白的結晶體太小,傳統(tǒng)的X射線技術難以對其進行分析。而LCLS的特殊性質能夠幫助人們解析更小的結晶體,揭示更多重要的蛋白質結構。

在用X射線技術確定蛋白結構時,需要綜合海量數(shù)據(jù)以獲得足夠準確的信號,對于缺乏參考數(shù)據(jù)的蛋白來說,并不那么實用。“現(xiàn)在我們的實驗顯示,新X射線技術可以從頭展現(xiàn)未知生物結構的確切信息。”馬普醫(yī)學研究所的科學家Thomas Barends說。

蛋白的結構直接決定著它們的功能(例如,蛋白與其它分子的結合/相互作用),蛋白結構分析能夠為人們提供重要信息,幫助人們開發(fā)高度靶向性的治療藥物。迄今為止,人們所了解的蛋白結構,大多離不開X射線晶體學技術。一個世紀以來,許多諾貝爾獎成果都得益于這一技術。

早在數(shù)十年前,人們就解析了溶菌酶的結構?,F(xiàn)在研究人員利用這一蛋白,來考量新X射線技術的準確性。他們將溶菌酶晶體浸泡在含有釓的溶液中,這種金屬與溶菌酶結合,能夠在X射線的照射下產生強信號。研究者們利用釓原子的這種信號,對溶菌酶分子的結構進行了準確的重建。

研究團隊準備進一步調整和改善這一技術,將其應用于更多更復雜的蛋白質,如膜蛋白。膜蛋白承擔了大量的重要細胞功能,是新藥研發(fā)中的重要靶標,然而人們目前只知道少數(shù)膜蛋白的結構。

“這項研究是一個重要的里程碑,”曼徹斯特大學的化學教授John R. Helliwell說。“X射線技術迎來了新的機遇,可以解析更小樣本的3D結構,這一點令人鼓舞。”

LCLS在短短幾年的應用中,就獲得了如此成就,Barend相信“X射線檢測設備、相關軟件、以及結晶技術的進一步發(fā)展,定會在不久的將來催生更多的新成果”。

蛋白的結構直接決定著它們的功能,蛋白結構分析能夠為人們提供重要信息,幫助人們開發(fā)高度靶向性的治療藥物。迄今為止,人們所了解的蛋白結構,大多離不開 X射線晶體學技術。一個世紀以來,許多諾貝爾獎成果都得益于這一技術。然而,倘若科學家利用 X 射線晶體學技術研究蛋白質結構,需要用許多已知數(shù)據(jù),來填補數(shù)據(jù)的缺口。

現(xiàn)在,來自馬克斯普朗克醫(yī)學研究所的科學家與美國SLAC國家加速器實驗室合作,開發(fā)出了一種 X 射線新技術,從頭解析了蛋白質的準確結構,構建了該蛋白的完整 3D模型,這是蛋白結構分析的一個重要里程碑。

溶菌酶(lysozyme)是一種已經(jīng)被廣泛研究的蛋白。研究人員使用直線加速器相干光源 LCLS (Linac Coherent Light Source)和復雜的計算機分析工具,從頭生成了溶菌酶的準確模型。

一直以來,由于許多重要蛋白的結晶體太小,傳統(tǒng)的 X 射線技術難以對其進行分析。而 LCLS 的特殊性質能夠幫助人們解析更小的結晶體,揭示更多重要的蛋白質結構。

在用X 射線技術確定蛋白結構時,需要綜合海量數(shù)據(jù)以獲得足夠準確的信號,對于缺乏參考數(shù)據(jù)的蛋白來說,并不那么實用。而這項實驗顯示,新 X射線技術可以從頭展現(xiàn)未知生物結構的確切信息。

早在數(shù)十年前,人們就解析了溶菌酶的結構?,F(xiàn)在,研究人員利用這一蛋白,來考量新X射線技術的準確性。他們將溶菌酶晶體浸泡在含有釓的溶液中,這種金屬與溶菌酶結合,能夠在X射線的照射下產生強信號。研究者們利用釓原子的這種信號,對溶菌酶分子的結構進行了準確的重建。

研究人員計劃進一步調整和改善這一技術,將其應用于更多更復雜的蛋白質,如膜蛋白。膜蛋白承擔了大量的重要細胞功能,是新藥研發(fā)中的重要靶標,然而人們目前只知道少數(shù)膜蛋白的結構。

令科學家愛備受鼓舞的是,由于這項里程碑意義的研究,X 射線技術將迎來新的機遇,可以解析更小樣本的3D結構。

LCLS 在短短幾年的應用中就獲得了如此成就,這讓研究人員相信 X 射線檢測設備、相關軟件、以及結晶技術的進一步發(fā)展,會在不久的將來催生更多的新成果。

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