⑦ 晶核:晶核在結晶開始,即當蛋白質達到過飽和點時就有可能形成。控製晶核數的方法往往是調控過飽和度。一般來說,晶核數越少,越容易生成大晶體。
⑧ 晶種:不易結晶的蛋白質和酶(如糜蛋白酶),往往加入微量的糜蛋白酶結晶可導致大量結晶的形成。有時用玻璃棒輕輕摩擦容器壁也可達到此目的。需加晶種才能形成結晶的蛋白質或酶,大多數結晶收率都不高。
⑨ 結晶時間:在結晶條件比較適合的情況下,在幾小時甚至幾分鍾即可獲得結晶。但有些情況需數天甚至數月才能結晶完全,視各種蛋白質和酶的具體情況不同而定。
⑩ 晶體形狀和大小:蛋白質和酶的結晶大多數是針狀、棒狀、片狀,有的為八麵體或立方體的菱狀結晶。結晶的大小與結晶時間及條件有關。
其他:結晶條件還受微量雜質、氣泡、還原劑,甚至底物、輔酶、壓力、種屬來源等因素影響,必須給予重視和考慮。
三、結晶的方法
確定和優化形成優質晶體所需要的條件是一項比較困難的工作。假設在由pH、離子強度、反離子、溫度等條件確定的多維參數空間存在某個最優條件,而且沒有理由認為這些因素可以獨立優化,那麼就需要大量的實驗考察所有的組合。利用統計學方法已經能改變研究結晶條件的方式,該方法包括設計數量相對較少的實驗、不完整的因素分析、選擇覆蓋整個參數空間範圍的實驗條件的隨機組合等。常用的結晶方法有以下幾種:
(一 )鹽析法
鹽析是通過加鹽降低蛋白質溶解度,使其從溶解狀態轉變成過飽和狀態,於是以結晶形式從溶液中析出。結晶用鹽有各種無機鹽(如硫酸銨),有機鹽(如檸檬酸鈉、十六烷基三甲基銨鹽)和各種分子質量的PEG等。鹽類既可以固體形式加入,也可以飽和鹽溶液形式加入。加鹽時應注意邊加邊攪拌,防止局部鹽濃度過高,攪拌不能激烈,以免產生氣泡。當發現鹽溶解速度明顯變慢,則應在沉澱完全溶解後,靜置片刻,觀察溶液是否出現渾濁。加入的鹽量應以維持渾濁不消失為度。加飽和鹽溶液的優點是溶液與溶液易於混合,避免局部鹽濃度過高,同時可免除氣泡產生。
也可用透析的方法來增加樣品的鹽濃度。樣品溶於水後,裝入透析袋中,再將透析袋放入製好的結晶用鹽溶液中。內外液的體積比一般為1∶10。結晶過程中,有時要更換外液幾次。樣品也可以直接溶於結晶用鹽溶液中。這是利用蛋白質在低溫時溶解度高,逐步升高溫度溶解度降低的性質,使其從溶解狀態很快轉變成過飽和狀態,並以結晶形式析出。
對於微量樣品可用自由界麵擴散法、微量擴散法、微量透析法來提高鹽濃度。
(二)有機溶劑法
有機溶劑的脫水作用會使大多數蛋白質的溶解度降低。其優點是有機溶劑介電常數小,所以,有機溶劑參入蛋白質溶液後,使溶液介電常數下降,導致蛋白質結晶析出。使用時有兩點要注意:一是有機溶劑濃度不要過高;二是加入時局部濃度不要過高、或不要因混合熱引起的局部溶液溫度上升,這會引起蛋白質變性。所以加入的有機溶劑要事先冷卻至0℃左右為好。常用的有機溶劑有乙醇、丙酮、二氧雜環己烷、二甲基亞碸等。
加入有機溶劑的方式有下列幾種:① 直接加入有機溶劑。這時要注意攪拌、緩慢滴加、同時要測量溫度。② 氣體平衡擴散。這是利用有機溶劑的揮發性,通過氣體擴散而將溶劑加到蛋白質溶液中的方法。此法的優點是,第一,可縮短結晶時間;第二,樣品溶液與有機溶劑分別置於密閉容器中(如幹燥器),可避免直接加入法易產生無定形沉澱的弊病。③ 固體融化。將有機溶劑與水以1∶1混合後冷卻,然後投入冷凍幹燥的蛋白質幹粉中,成一懸液。一般來說,蛋白質幹粉由浸潤膨脹而成黏稠狀,再由黏稠狀轉成結晶。④ 混合溶劑抽提。用30%丙酮處理刀豆粉,然後用濾紙過濾,濾液在2~2.5℃冷室放置過夜,即可出現脲酶結晶。
(三)分批法
傳統的結晶方法就是“分批法”,通過加入沉澱劑或者改變pH,直到蛋白質達到其溶解極限,形成少量的晶核,溶液靜置一段時間後會生長出較大的晶體。分批實驗的主要限製因素是沉澱要求保持靜置,實驗過程中惟一的變化是蛋白質濃度的降低。將係統脫離晶核形成區,防止晶核過度形成,有助於結晶化,但每次實驗僅考察一套沉澱條件,所以設計實驗之前需要先了解結晶條件。克服該限製因素的傳統方法是緩慢降低蛋白質的溶解度,通過加熱樣品,置於絕熱的真空瓶中,於冷室中緩慢冷卻來完成。