自定义设计蛋白晶体
生物通,2012-05-04
来自宾夕法尼亚大学的研究人员近期成功构建出了首个自定义设计的蛋白质晶体，并基于此揭示了一些设计可用于结构生物学的更易于结晶的蛋白质的复杂原理，相关论文发布在《美国科学院院刊》（PNAS）杂志上。
蛋白质的功能与它的结构相关。因此，为了了解某种蛋白在细胞内的运作机制，研究人员必须首先确定它的结构。为了达到这一目的，科学家们会利用X射线衍射技术照射由单个蛋白质排列和堆叠构成的多个拷贝的蛋白质晶体，然后测量晶体原子反弹X射线束的衍射。根据这一数据，结构生物学家们能够重建出蛋白质的三维形状。
然而该技术存在的一个主要问题是许多的蛋白质并不容易结晶，导致研究人员不得不对蛋白质进行修饰使它们更适宜于发生结晶。在这篇文章中，来自宾夕法尼亚大学的研究人员构建出了首个自定义设计的蛋白质晶体——这一突破性成果或可帮助我们更好地了解如何设计出用于结构生物学研究的蛋白质。
从20世纪90年代末开始，宾夕法尼亚大学文理学院的Jeffery G. Saven教授和同事们就一直从事设计蛋白质的计算机技术开发，以及了解如何将特异的蛋白质序列转换为3D晶体结构。
Saven说：“我们想更好地了解蛋白质的结晶作用。我们拥有一个包含10万个蛋白质结构的数据库，我们希望能利用这些信息推断出一些有关晶体或蛋白质内互作的东西……并开始走向设计各种各样的高度有序的结构或利用与结晶相关的自组装。
在这篇文章中，Saven和他的研究小组利用理论方法结合计算机技术确定了如何设计一个三螺旋卷曲螺旋蛋白，它由潜在的一组超过1022个候选蛋白结晶而成。从前，研究人员曾利用更小的合成分子设计晶体结构，生成了具有有限功能的晶体。
“我们正在处理比以前人们处理过的要大得多的系统和分子。将方法、算法和理论发展组合到一起，毋庸置疑加速了计算机硬件、存储容量和处理器速度，推动了这一领域的发展，”Saven说。
最终，研究人员希望利用这一技术可以设计出蛋白质晶体为研究蛋白质特性提供一种手段。此外，由于其特殊的性能和高度可自定义外部界面，蛋白质结晶也将获得令人兴奋的工业应用例如用于纳米建材。
Saven 说：“你可以生成各种复杂的，潜在丰富信息的界面。你可以想象生成各种不同类型的晶体结构或排列，这在合成分子或给予DNA的系统中可能很难实现，”Saven说。
