一、研究背景

上個世紀(jì)初，科學(xué)家們認(rèn)為蛋白質(zhì)是生命體的遺傳物質(zhì)，而具有獨(dú)特的作用。隨著這個理論被證偽，真正的遺傳物質(zhì)DNA的結(jié)構(gòu)被給予了很大關(guān)注。然而，蛋白質(zhì)作為生命體的重要大分子，其重要性也從未被忽視，而且在1950年代開始，科學(xué)家一直在探尋DNA序列和蛋白質(zhì)序列的相關(guān)性。與此同時，蛋白質(zhì)測序和結(jié)構(gòu)解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的努力開始慢慢獲得回報(bào)。更多的生化研究揭示了蛋白質(zhì)的功能重要性，因此蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)的解析對于深入理解蛋白質(zhì)功能和生理現(xiàn)象起著決定性作用

 圖1:蛋白三維結(jié)構(gòu)圖

二、蛋白結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展

三、蛋白結(jié)構(gòu)研究的意義

示例1：來自阿貢國家實(shí)驗(yàn)室等處的研究者利用高特異性的X射線晶體學(xué)技術(shù)解析了低氧誘導(dǎo)性因子（HIFs）的蛋白結(jié)構(gòu)，低氧誘導(dǎo)性因子是腫瘤對低氧反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)子，該研究或?yàn)閷ふ倚滦退幬锴袛?/span>癌細(xì)胞的氧氣和營養(yǎng)供給最終治療癌癥提供新的思路。

示例2：A型流感病毒（Influenza A virus，IAV）屬于正黏病毒科，是一個有囊膜的、分節(jié)段的單股負(fù)鏈的RNA病毒，不同亞型流感病毒與受體的結(jié)合主要是靠HA蛋白實(shí)現(xiàn)的，HA與受體的結(jié)合具有種屬特異性。在H7N9亞型流感病毒HA在演化過程中，它首先由禽特異性結(jié)合的G186Q226變成雙受體結(jié)合特性的V186Q226，最后演變成V186L226，這些研究有利于深入理解H7亞型禽流感病毒跨種傳播的分子機(jī)制，對于流感病毒疫情的預(yù)防與控制具有重要指導(dǎo)作用。

圖2:H7N9 HA受體結(jié)合特性演化模式圖

示例3：非洲豬瘟是一個世界難題，有近百年的流行歷史，由于沒有疫苗和其他治療手段，撲殺豬是眼下控制疫情有效的方法。2019年，研究團(tuán)隊(duì)采用單顆粒三維重構(gòu)的方法首次解析了非洲豬瘟病毒全顆粒的三維結(jié)構(gòu)，闡明了非洲豬瘟病毒獨(dú)有的5層（外膜、衣殼、雙層內(nèi)膜、核心殼層和基因組）結(jié)構(gòu)特征，有這個理論的指導(dǎo)，可以幫助我們未來設(shè)計(jì)更安全、更有效的疫苗，從全球范圍來講，理論的意義是非常大的。

圖3:非洲豬瘟的全顆粒結(jié)構(gòu)

四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析的研究過程和實(shí)驗(yàn)方法

蛋白結(jié)構(gòu)分析包含一系列產(chǎn)品的選擇用于免疫印跡、蛋白電泳、蛋白定量、蛋白色譜、質(zhì)譜。

圖4:蛋白結(jié)構(gòu)研究過程

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析的方法主要是兩種，x射線衍射和NMR。

1、單晶培養(yǎng)技術(shù)及結(jié)構(gòu)分析技術(shù)

1）蛋白質(zhì)結(jié)晶方法

2）結(jié)構(gòu)分析技術(shù)

（1）x射線衍射

x射線衍射是將表達(dá)蛋白的基因PCR之后克隆到一種表達(dá)載體中，然后在大腸桿菌中誘導(dǎo)表達(dá)，提純之后摸索結(jié)晶條件，等拿到晶體之后，工作便完成的80%，將晶體進(jìn)行x射線衍射，收集衍射圖譜，通過一系列的計(jì)算，很快就能得到蛋白質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)。

圖5:x射線衍射原理

（2）NMR

首先通過基因工程的方法，表達(dá)出目的蛋白，提純之后，摸索一下蛋白穩(wěn)定的條件，如果蛋白沒有聚合，而且折疊良好，便將蛋白樣品（通常是1mM～3mM，500ul，pH6～7的PBS）裝入核磁管中，放入核磁譜儀中，然后用一系列寫好的程序控制譜儀，發(fā)出一系列的電磁波，激發(fā)蛋白中的H、N13、C13原子，等電磁波發(fā)射完畢，在收集受激發(fā)的原子所放出的“能量”，其實(shí)也是小磁場，通過收集數(shù)據(jù)、譜圖處理、電腦計(jì)算從而得到蛋白的原子結(jié)構(gòu)。

圖6:血紅蛋白結(jié)構(gòu)建模

x射線與NMR技術(shù)特點(diǎn)

（3）Cryo-EM超低溫電子顯微鏡成像

近些年來，Cryo-EM被用來解析很多結(jié)構(gòu)非常大（無法用X-ray解析）的蛋白質(zhì)（或者蛋白質(zhì)復(fù)合體），取得了非常好的結(jié)果。同時，單電子捕捉技術(shù)取代之前的光電轉(zhuǎn)換成像的CCD攝像設(shè)備，減少了圖像中的噪音和信號衰減，同時并增強(qiáng)了信號。計(jì)算機(jī)成像技術(shù)的成熟和進(jìn)步，也賦予了Cryo-EM更多的進(jìn)步空間。然而，Cyro-EM與X-ray不同，該方法不需要蛋白質(zhì)成為晶體，相同的是都需要低溫環(huán)境來減少粒子束對樣品的損害。

圖7:KIF1A殘基和微管蛋白之間的相互作用。

五、蛋白結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)品信息

1、反轉(zhuǎn)錄

反轉(zhuǎn)錄是以RNA為模板，通過反轉(zhuǎn)錄酶，合成DNA的過程。是DNA生物合成的一種特殊方式。反轉(zhuǎn)錄是進(jìn)行基因工程過程中，以RNA為模板提取出DNA遺傳信息的過程。

2、PCR試劑

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）是一種用于放大擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制，PCR的最大特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加。

相關(guān)產(chǎn)品

3、分子克隆

在分子水平上提供一種純化和擴(kuò)增特定DNA片段的方法。常含有目的基因，用體外重組方法將它們插入克隆載體，形成重組克隆載體，通過轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式，引入適合的寄主體內(nèi)得到復(fù)制與擴(kuò)增，然后再從篩選的寄主細(xì)胞內(nèi)分離提純所需的克隆載體，可以得到插入DNA的許多拷貝，從而獲得目的基因的擴(kuò)增。

4、抗生素

抗生素，是指由微生物（包括細(xì)菌、真菌、放線菌屬）或高等動植物在生活過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其他活性的一類次級代謝產(chǎn)物，能干擾其他生活細(xì)胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì)。

5、蛋白濃度測定及SDS-PAGE膠

6、蛋白純化

蛋白純化是生命科學(xué)研究領(lǐng)域中一項(xiàng)重要操作技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于蛋白功能、結(jié)構(gòu)和相互作用的研究。翌圣生物提供全線蛋白純化產(chǎn)品，包括純化樹脂、預(yù)裝柱和層析空柱等，可高效、便捷分離純化目的蛋白，為下游應(yīng)用提供良好保證，更大范圍滿足您的實(shí)驗(yàn)需求

六、其他產(chǎn)品

HB191204