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《自然—方法学》:蛋白质结构分析新技术创测

  “自然 - 方法论”:蛋白质结构分析的新纪录

  美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室的科学家已经开发出了一种使用小角度X射线散射测定蛋白质结构的新方法,大大改善了蛋白质结构的研究,根据7月20日的报告美国物理学家网络。分析的效率在几天之内就要花费数年时间才能完成,只能在几天之内完成,这将大大促进结构基因组学的研究。结构基因组学是研究生物体内所有蛋白质结构的科学。通过对蛋白质结构的分析,可以对蛋白质的功能有一个大致的了解。结构基因组学着眼于蛋白质结构的快速和大规模的测定,快速的结构测定是研究这一课题的一个瓶颈。目前使用的两种方法,X射线晶体学和核磁共振波谱法虽然准确但是速度慢,但需要数年的时间来测量单个基因的蛋白质结构。随着蛋白质和蛋白质复合物的发现,目前的分析速度远远不能满足研究的需要。为了解决这个瓶颈问题,劳伦斯伯克利国家实验室的科学家利用实验室的先进光源(ALS),利用小角度X射线散射(SAXS)技术,对处于自然状态的蛋白质进行成像),分辨率约10埃(1埃等于1/10纳米),足以确定蛋白质的三维结构,由ASL产生的强光可以使实验所需的材料量最小化,这使得该技术对于几乎所有的生物分子都是有用的为了最大限度地提高分析速度,研究小组安装了一台自动化设备,自动使用移液器将蛋白质样品吸移到特定的位置进行X射线散射分析,同时还使用超级计算资源美国能源部的国家能源研究和科学计算中心(NERSC)进行数据分析。利用这个系统,研究小组实现了惊人的高效研究,在一个月内分析了40套火球蛋白质结构。用X射线晶体学,这可能需要几年时间。同时,他们获得的信息足够全面,涵盖了溶液中大多数蛋白质样品的结构信息。在结构基因组启动项目中,使用核磁共振和晶体衍射技术可获得的信息量仅为15%。高通量蛋白质结构分析有助于加快生物燃料研究的步伐,帮助解读极端嗜血者在恶劣环境中繁荣的奥秘,更好地了解蛋白质的功能。研究小组之所以首先选择Pyrococcus进行实验分析,是因为它可以用来产生清洁能源 - 氢气。同时,在许多工业过程中都会出现高酸,高热的环境条件,这正是火球所喜欢的那种生活环境。但是这种技术也有缺点,追求速度会造成不平衡,相应的图像质量下降。与X射线晶体衍射成像的超高分辨率相比,低角度X射线散射成像的分辨率较低,约为10埃。但是,这并不妨碍该技术的应用,因为并不是所有的研究都需要超高精度的成像。对于结构基因组学的研究,有时只是知道一种蛋白质与另一种蛋白质具有相似的结构,可以理解它的功能。此外,小角X射线散射技术可以提供关于溶液中蛋白质形状,结构和结构变化的准确信息,足以弥补其成像精度的不足。这项研究于7月20日在“自然 - 方法”杂志上发表,来自斯克里普斯学院和格鲁吉亚大学的科学家也参加了这项研究。点击

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