正文 第五節 蛋白質的結晶(3 / 3)

傳統分批法所采用的大量樣品(100μL以上)適合於大晶體生長,但不適用於結晶條件的篩選。微量分批法最新的操作為,將一小滴蛋白質溶液浸入到石蠟油中,這樣可避免溶液的蒸發,極微量的樣品(小於1μL)也可以應用,因而該方法對於最初的篩選比較理想。該技術的進一步改進是采用石蠟油與聚矽氧烷油混合。聚矽氧烷油允許水分緩慢地擴散,隨著水分的蒸發,液滴中蛋白質和沉澱劑的濃度會緩慢上升,這樣,蛋白質和沉澱劑的濃度範圍可在更小液滴中自動實現。該方法的缺點是液滴會在幾星期內幹透,除非保存在4~10℃,所以必須定時檢查結晶。

(四)蒸汽擴散法

該方法將蛋白質液滴與沉澱劑混合,在密封的槽中通過與槽內高濃度沉澱劑相平衡而緩慢脫水。蛋白質液滴也可掛在密封槽的蓋片上(即掛滴),或置於槽內的載體上(即點滴)。通常將等體積的蛋白質溶液和槽中溶液混合。蒸汽擴散法有利於自動篩選沉澱劑濃度範圍,但與微量分批脫水實驗不同,它有一個明確的終點。

選用的沉澱劑在液滴平衡動力學中也具有重要作用。含有鹽類沉澱劑,如硫酸銨的樣品槽可在一兩天內達到平衡,而含有PEG類沉澱劑的樣品槽則需要1個多月。因此在隻含有PEG的結晶過程中,經過幾天生長得到的晶體可以認為類似於微量批次實驗。加入適量的NaCl(如200mmol/L)可以將PEG結晶過程的平衡時間縮短至大約10d,但一般情況下,較長的平衡時間得到的晶體質量較好。

(五)其他方法

蛋白質溶解度明顯受溶液pH影響,當蛋白質淨電荷等於零時,即在等電點時,其溶解度往往最小,所以,可利用這一性質作等電點結晶。球蛋白易溶於鹽溶液中而幾乎不溶於水,這一性質可用於蛋白質結晶,用透析法則可達到除鹽目的。有些蛋白質在低離子強度下,對溫度特別敏感,其溶解度隨溫度變化極大,因此,可用溫差法使其結晶,例如豬胰彈性蛋白酶(9mg/mL,內含pH5.5,0.05mol/L的檸檬酸鈉緩衝液)溶液的溫度逐漸由25℃降至20℃,晶體在24h內形成。金屬離子常能促進蛋白質結晶生成,在用其他方法未獲成功時,不妨嚐試此法,例如,硫氧還蛋白在pH3.5~9.0,各種結晶試驗均未獲成功,但加入醋酸銅後,則出現結晶。

在蛋白質結晶過程中,蛋白質樣品純度不足可能會引起結晶的徹底失敗,或隻能得到小晶體,或不能得到良好衍射的大晶體。目的蛋白的微觀不均一性可能比一些完全不相關的分子所造成的汙染更為麻煩。X射線拓撲測定表明,晶體中的這些雜質引起晶體晶格產生一定的張力,降低了衍射的質量。

微觀不均一性對蛋白質的結晶產生影響,微觀不均一性可能來自於天冬酰胺或穀氨酰胺的脫酰胺作用,半胱氨酸的氧化,蛋白質水解,序列多晶型現象,轉譯後修飾的不確定性,如絲氨酸的磷酸化作用或者N末端甲基化或乙酰化等。

IEF分析與高於和低於等電點條件下PAGE聯用,能夠檢測大多數潛在的微觀不均一性問題。鏈內斷裂可以通過還原條件下的SDS-PAGE檢測到。日益廣泛應用的蛋白質定性技術是電噴質譜技術,可以確定蛋白質共價結構中可能存在的有害於結晶的問題。

四、晶體的保存

晶體生成後,通常在其生長的母液中可長期保存一段時間,也可轉移到相同組分的無蛋白質溶液中。在缺少沉澱劑的高濃度蛋白質溶液中生長的結晶經常會在這樣的條件下重新溶解,而轉移到含有沉澱劑的與初始生長環境相同的溶液中可使其穩定,將晶體短時間(15min)置於0.5%的戊二醛溶液中,可在晶體表麵形成交聯外殼,極大地提高了晶體對於不同條件的耐受性。觀察表明,在硫酸銨或PEG沉澱劑中生長的晶體長期在鹽溶液中更為穩定。沉澱劑經常以高摩爾濃度存在,因而一般實驗級試劑中的痕量雜質就會變得明顯,所以與蛋白質接觸的試劑采用最高質量級別為好。用於晶體生長或保存的緩衝溶液類型並沒有嚴格的限製,但應注意,類似磷酸鹽的物質以及隨後結構分析中的重金屬可能會產生嚴重的不溶性問題,而且在如甲基戊二醇、乙醇或高濃度的低分子質量PEG存在時,特別是在4℃下,甚至在相當稀的溶液中磷酸鹽結晶也容易形成,因而采用PBS時有時會誤認為晶體生長。