生物大分子微小晶体数据采集及处理方法研究

发布时间：2021-02-03 18:28

　　获得精准的蛋白结构信息是基于结构的蛋白质功能研究和小分子药物设计的基础。X射线晶体学方法目前仍然是研究蛋白质结构的最主要手段。利用X射线晶体学方法能够获得原子级别分辨率的蛋白结构,对基于结构的小分子药物设计有不可取代的优势。随着微聚焦光束线站以及快速探测器等同步辐射实验技术的发展,现已经可以在同步辐射光源实现微小晶体数据的采集与结构解析。由于小晶体易受到辐射损伤的影响,即使在100 K的低温下也很难从一颗晶体获得完整的结构信息。通常需要对多颗晶体收集多套衍射数据,将多套衍射数据进行组合来获得完整的结构信息。其次,小晶体捞取费时费力,而且在收集数据时通常需要利用X光进行扫描定位,这必定会给小晶体带来辐射损伤。所以高通量的样品输送方法对于开展常温或者低温下的小晶体数据收集实验非常重要。本研究主要基于固定靶的串行晶体上样方式,设计了三种上样方法:第一种方式是基于石英芯片的固定靶方法,将数百颗晶体镶嵌在刻有凹槽的石英芯片上,能实现高通量的晶体上样与高效率的数据采集。晶体固定在凹槽中,利于晶体定位。石英具有较低的背景散射,同时可以通过槽型的结构去除多余的液体,同样可以降低溶液带来的背景散射。第二... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：111 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

PDB统计：截止至2019年3月每年发布的X射线晶体学实验的结构增长Figure1.1PDBStatistics:StructuralgrowthofX-Raycrystallographyreleasedeachyear

全称冷冻电子显微镜技术。利用冷冻电镜解析蛋白结构主要分为三个过程：①样品制备：将生物大分子样品在液氮中快速冷冻，大分子中的水以玻璃态形式存在。 ②数据收集：用低能电子束照射样品以及样品附近的冰层，用探测器记录散射信号。③三维重构建立蛋白模型：通过不同角度的二维投影来建立蛋白的三维结构。冷冻电镜技术有许多优点，它所需要的蛋白样品量非常少，相比于 X 射线晶体学，蛋白无需结晶，不需要解析相位。随着冷冻电镜技术的突破，近年来，冷冻电镜技术飞速发展，能获得 3 以上分辨率的结构，越来越多的重要蛋白质结构和病毒结构利用冷冻电镜的方法被解析出来，例如剪切体三维结构[1]，HIV 包膜三维结构[2]等等。冷冻电镜技术适合无法用 X 射线晶体学解析结构的蛋白，或者研究生物大分子处于不同功能状态下的结构。但是冷冻电镜的样品制备同样是一个难点，样品制备要求高。其次，冷冻电镜价格昂贵，维护费用非常高。

第 1 章 引言核磁共振波谱学技术解析蛋白结构，首先将蛋白纯化，然后将其置于强磁场中，通过无线电波进行探测，得到共振波谱来建立蛋白模型。核磁共振技术能够使得蛋白在其生理环境中测定其结构，也能获得与 X 光分辨率相媲美的蛋白结构。但是核磁共振方法对所测样品分子量一般要求比较小，因为大分子蛋白存在叠峰问题。

【参考文献】：
期刊论文
[1]同步辐射串行晶体学静电纺丝上样实验技术[J]. 陈建樵,汪启胜,李冰,周欢,崔莹,孙波,王志军,何建华.  核技术. 2017(08)
[2]The macromolecular crystallography beamline of SSRF[J]. 汪启胜,郁峰,黄胜,孙波,张坤浩,刘科,王志军,徐春艳,王思胜,杨利峰,潘强岩,李良,周欢,崔莹,徐琴,Thomas Earnest,何建华.  Nuclear Science and Techniques. 2015(01)
[3]膜蛋白结晶方法论述[J]. 范俊萍,张凯.  生物物理学报. 2011(12)



本文编号：3016966