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化學(xué)交聯(lián)技質(zhì)譜術(shù)突破 蛋白質(zhì)研究有新方法
2020年08月21日 15:40:28
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蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是所有細(xì)胞的主要組成成分。蛋白質(zhì)在人體生命活動(dòng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，新陳代謝、肌肉運(yùn)動(dòng)、氧氣和二氧化碳的運(yùn)輸、免疫反應(yīng)等支持生命存在的基本功能都需要依靠蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的研究是生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的重要部分，對(duì)于了解生命的本質(zhì)、疾病的機(jī)制和治療等都有重要意義。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是所有細(xì)胞的主要組成成分。蛋白質(zhì)在人體生命活動(dòng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，新陳代謝、肌肉運(yùn)動(dòng)、氧氣和二氧化碳的運(yùn)輸、免疫反應(yīng)等支持生命存在的基本功能都需要依靠蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的研究是生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的重要部分，對(duì)于了解生命的本質(zhì)、疾病的機(jī)制和治療等都有重要意義。
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)學(xué)研究的方法有很多，包括冷凍電鏡、X射線晶體衍射、固體/液體核磁共振、分子動(dòng)力學(xué)模擬等?；瘜W(xué)交聯(lián)質(zhì)譜分析(CXMS)是近十年發(fā)展出的新型蛋白質(zhì)研究技術(shù)。它利用化學(xué)交聯(lián)劑處理蛋白質(zhì)樣品，將空間距離足夠接近、可以與交聯(lián)劑反應(yīng)的兩個(gè)氨基酸以共價(jià)鍵連接起來(lái)，然后利用基于高精度質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)手段分析交聯(lián)產(chǎn)物，可獲得蛋白質(zhì)上特定氨基酸之間的距離信息。化學(xué)交聯(lián)質(zhì)譜分析將質(zhì)譜分析方法的研究對(duì)象從多肽序列結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到了大分子蛋白結(jié)構(gòu)，由于具有靈敏度高，不受分子量大小限制等特點(diǎn)，已經(jīng)得到愈加廣泛的使用。
在CXMS測(cè)量中，為了發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)性蛋白質(zhì)殘基之間的間隔必須短于交聯(lián)劑的長(zhǎng)度。長(zhǎng)的交聯(lián)劑可以達(dá)到更多的反應(yīng)性殘基并提供更多的CXMS距離約束，但所得的交聯(lián)劑通常因?yàn)樘L(zhǎng)而無(wú)法產(chǎn)生有用的結(jié)構(gòu)信息。對(duì)于CXMS測(cè)量的傳統(tǒng)對(duì)象蛋白質(zhì)的Cα原子或Cβ原子來(lái)說(shuō)，化學(xué)交聯(lián)通常超過(guò)20Å，但是引入這種長(zhǎng)距離約束對(duì)結(jié)構(gòu)精度的提升有限。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院副研究員龔洲、研究員唐淳對(duì)已有CXMS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，借鑒生物磁共振思路，將交聯(lián)劑修飾的側(cè)鏈Cω原子作為距離約束點(diǎn)。這種方法考慮了蛋白質(zhì)側(cè)鏈的靈活性，并將約束范圍縮小到6Å以內(nèi)，提高了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的精度，并可分析表征蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。相關(guān)成果發(fā)表在Structure上。
質(zhì)譜技術(shù)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)研究的應(yīng)用是以電鏡和晶體學(xué)研究方式已經(jīng)無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)生物學(xué)對(duì)體型越來(lái)越大、種類越來(lái)越多的蛋白質(zhì)復(fù)合體的研究需要為背景的。CXMS可以提供蛋白質(zhì)柔性區(qū)域的結(jié)構(gòu)，與冷凍電鏡的數(shù)據(jù)相匹配可以獲得更完整的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。新的研究成果為CXMS的發(fā)展提供了新的方向。冷凍電鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)巨大突破，CXMS的技術(shù)進(jìn)步無(wú)疑將使結(jié)構(gòu)生物學(xué)更進(jìn)一步。
資料來(lái)源：中科院、生物谷
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