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蛋白結晶研究入門全攻略：輕松開啟生命科學探索之旅

蛋白質結晶是研究蛋白質結構和功能的關鍵手段，對理解生物大分子作用、疾病機制及藥物開發(fā)至關重要。它涉及蛋白質分子在溶液中規(guī)則堆積形成有序晶體的過程，受蛋白質純度、濃度、緩沖液成分等多種因素影響。為獲高質量晶體，需進行樣品制備、條件篩選與優(yōu)化等。蛋白結晶研究推動生物學和醫(yī)學領域發(fā)展，支持藥物設計和蛋白質工程。本文概述了蛋白質結晶的制備、方法、篩選、優(yōu)化等要點，為相關研究提供參考。

一蛋白質晶體的發(fā)展史

蛋白質晶體的研究始于19世紀中期，Hunefeld首先報道了血紅蛋白晶體。到了20世紀，結晶技術成為提純和研究蛋白質的重要方法，特別是John Jacob Abel對胰島素的結晶，以及James B. Sumner對酶作為晶體蛋白質的確認。1930年代末，蛋白質晶體開始用X射線分析，開啟了結構生物學的新篇章。隨著遺傳學和分子生物學的發(fā)展，特別是DNA技術的應用，蛋白質晶體的研究在1980年代后得到了極大的加速和變革。

二 蛋白結晶：藝術與科學的結合

盡管現代分子生物學和晶體學的進步為許多實驗提供了便捷，但蛋白質結晶仍然是一個既簡單又復雜的挑戰(zhàn)。這一過程結合了科學的方法與藝術般的直覺和創(chuàng)造力，然而又高度依賴經驗的積累。

由于生物大分子（如蛋白質）由大量不同原子以復雜方式組合，結晶過程中存在諸多變量和影響因素。這些因素包括蛋白質純度、濃度、pH值、離子強度等，每一個變量都可能對結晶結果產生顯著影響（表1和2）。

表1. 影響蛋白質晶體生長的化學變量
樣品的純度	基因修飾
樣品的構象靈活性	分子的對稱性
樣品的均一性	樣品的穩(wěn)定性和變性程度
PH值和緩沖液	等電點
沉淀劑的類型和濃度	存在his標簽和其他純化標簽與否
樣品的濃度	熱穩(wěn)定性
添加劑、輔助因子、配體、抑制劑、效應劑和輔料	PH穩(wěn)定性
混沌劑，如尿素、鹽酸胍、硫酸銨等	樣本的獲取、處理、保存等歷史過程
洗滌劑	蛋白水解
金屬離子	微生物污染
離子強度	樣品保存
還原劑或氧化劑	樣品處理及相關的清潔度
樣品是來源	陰、陽離子類型及濃度
無定形顆粒物質	相對過飽和度
翻譯后修飾	其他試劑的初始濃度和最終濃度
化學修飾	平衡的路徑和速率
表2.可能或確實影響蛋白質晶體生長的物理變量
溫度		電磁場
平衡速率		結晶裝置的表面
結晶方法		試劑的粘度
重力、對流和沉降		異質和外延成核劑
振動和聲音		結晶裝置的幾何形狀
樣品和試劑的體積		時間
壓力		試劑的介電性能

結晶實驗通常從篩選開始，旨在找到能產生晶體的關鍵變量組合。然而，為了獲得具有特定特性的晶體（如用于結構生物學、純化或生物治療研究），往往需要進一步的優(yōu)化實驗（表3和表4）。

表3.結晶方法-過飽和度的實現
氣相擴散法(Sitting, Hanging, Sandwich)		序列提取（數據處理和分析技術）
分批結晶法(微分批結晶)		pH誘導（簡單、可控）
透析技術 (微透析技術發(fā)揮輔助作用)		溫度誘導（操作簡便、成本較低，需與其他方法結合使用）
自由界面擴散(逆擴散, 液橋)		效應物添加(也加Silver Bullet)
控制蒸發(fā)
表4.蛋白質結晶所用試劑
鹽類 (硫酸銨、甲酸鈉、磷酸銨等)	非揮發(fā)性有機物((±)-2-甲基-2,4-戊二醇、1,6-己二醇、甘油等)
聚合物 (聚乙二醇、分子量范圍在200到20,000之間、乙烯亞胺、杰凡尼^®等)	緩沖液 (HEPES、Tris、醋酸鈉、MES等)
揮發(fā)性有機物 (2-丙醇、1,4-二氧六環(huán)、乙醇等)	添加劑 (氯化鈣、氯化鈉、三(2-羧乙基)膦、n-辛基-β-D-葡糖苷等)

盡管現代技術提供了豐富的資源和工具，但結晶并非僅僅是使用這些工具那么簡單。成功的結晶策略需要基于一些基本原則，正如Alex McPherson等結晶領域的先驅所提出的，在進行實驗之前，考慮這些原則將為您的結晶工作提供堅實的基礎。

三 蛋白結晶的關鍵要素

樣本：樣本的純度是結晶成功的基石，需細致處理以保證樣本高均一性。
均一性：蛋白質樣品的化學結構和分子量的一致性對形成有序晶體至關重要。
溶解度：優(yōu)化樣本在緩沖液中的溶解條件，追求單分散性，避免聚集和沉淀。
穩(wěn)定性：確保蛋白質在結晶過程中保持結構和功能穩(wěn)定，避免變性。
超飽和：通過控制超飽和度，誘導蛋白質分子有序排列形成晶核。
締合：調控蛋白質分子間的有序相互作用，促進有序聚集，避免非特異性聚集。
成核：控制溶液中蛋白質初始結晶核的形成，以優(yōu)化晶體數量、大小和質量。
多樣性：嘗試多種方法和條件來發(fā)現適合特定蛋白質的結晶條件。
控制：精確調控實驗條件和過程，確保實驗結果的準確性和可重復性。
雜質：保持樣品純度，減少雜質對結晶和后續(xù)研究的干擾。
保存：妥善保護結晶出的蛋白質晶體，防止其受到損害，確保后續(xù)研究的可靠性。

西美杰代理的美國Hampton Research公司是一家專注于蛋白質晶體研究的領先生產商，其廣泛的產品組合涵蓋了從結晶初步篩選到結晶優(yōu)化篩選，再到定制單組分結晶試劑和結晶生長優(yōu)化試劑等全方位產品。這些產品能夠滿足不同蛋白結晶研究的需求，包括普通蛋白、膜蛋白以及蛋白復合體的結晶。

西美杰代理的Hampton Research以其尖端的生物大分子結晶技術和實用豐富的產品線，為全球晶體研究人員提供了全面的晶體研究試劑和實驗耗材。這些產品不僅極大地提升了科研人員的工作效率，而且?guī)椭麄內〉昧俗吭降目蒲谐晒?/span>Hampton Research已成為晶體研究領域備受信賴的品牌之一。

西美杰Hampton Research蛋白結晶熱銷產品

Hampton Research蛋白結晶篩選試劑盒

品牌	貨號	品名	規(guī)格	簡介
Hampton	HR2-144	Index	10 ml, tube format	蛋白質、絡合物、多肽、核酸和水溶性小分子等多種試劑體系的經典結晶條件初篩選試劑盒，包含96個條件
Hampton	HR2-110	Crystal Screen	10 ml, tube format	蛋白、可溶性多肽、核酸和水溶性小分子等多種試劑體系結晶條件初篩試劑盒，包含50個條件
Hampton	HR2-112	Crystal Screen 2	10 ml, tube format	蛋白、可溶性多肽、核酸和水溶性小分子等多種試劑體系結晶條件初篩試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-114	MembFac	10 ml, tube format	適用于膜蛋白的結晶條件初篩試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-116	Natrix	10 ml, tube format	核酸、核酸/蛋白質復合物結晶條件初篩試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-117	Natrix 2	10 ml, tube format	核酸、核酸/蛋白質復合物結晶條件初篩試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-082	PEGRx 1	10 ml, tube format	聚合物和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-084	PEGRx 2	10 ml, tube format	聚合物和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-126	PEG/Ion Screen	10 ml, tube format	聚合物、鹽和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-098	PEG/Ion 2 Screen	10 ml, tube format	聚合物、鹽和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-107	SaltRx 1	10 ml, tube format	鹽和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件
Hampton	HR2-109	SaltRx 2	10 ml, tube format	鹽和pH條件初篩與二次篩選試劑盒，包含48個條件

除上述產品外，西美杰還提供包括GRAS Screen?、Grid Screen系列、Low Ionic Strength Screen、XP Screen、JBScreen Wizard等等在內的多種結晶條件篩選試劑盒，歡迎致電西美杰客服熱線400-050-4006咨詢訂購。

Hampton Research蛋白結晶優(yōu)化試劑盒

品牌	貨號	品名	規(guī)格	簡介
Hampton	HR2-072	Solubility & Stability Screen	0.5 ml, Deep Well block format	溶解度和穩(wěn)定性篩選，包含96個條件
Hampton	HR2-413	Solubility & Stability Screen 2	0.5 ml, Deep Well block format	溶解度和穩(wěn)定性篩選，包含96個條件
Hampton	HR2-070	Slice pH	0.5 ml, Deep Well block format	pH篩選試劑盒，包含96個條件
Hampton	HR2-138	Additive Screen	1 ml, Deep Well block format	添加劑篩選試劑盒，包含96個條件
Hampton	HR2-459	GRAS Additive	1 ml, Deep Well block format	GRAS添加劑篩選，包含96個條件
Hampton	HR2-096	Silver Bullets	0.50 ml, Deep Well block format	添加劑篩選試劑盒，包含96個條件
Hampton	HR2-407	Detergent Screen	0.25 ml, Deep Well block format	洗滌劑篩選試劑盒，包含96個條件
Hampton	HR2-214	Ionic Liquid Screen	0.5 ml, tube format	離子液體篩選試劑盒，包含24個條件
Hampton	HR2-241	StockOptions pH	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含45個條件
Hampton	HR2-235	StockOptions Sodium Citrate	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含24個條件
Hampton	HR2-239	StockOptions Sodium Cacodylate	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含24個條件
Hampton	HR2-243	StockOptions MES	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含20個條件
Hampton	HR2-103	StockOptions Bis-Tris Propane	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含33個條件
Hampton	HR2-102	StockOptions HEPES	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含15個條件
Hampton	HR2-227	StockOptions Polymer	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含23個條件
Hampton	HR2-245	StockOptions Salt	10 ml, tube format	晶體生長篩選試劑盒，包含49個條件
Hampton	HR2-073	CryoPro	1 ml, tube format	晶體冷凍保護劑篩選，包含48個條件
Hampton	HR2-501	50% v/v Jeffamine^® M-600^® pH 7.0	200 ml	結晶級Jeffamine M-600用于結晶條件優(yōu)化
Hampton	HR2-525	50% w/v Polyethylene glycol 1,500	200 mL	結晶級PEG 1500用于結晶條件優(yōu)化
Hampton	HR2-527	50% w/v Polyethylene glycol 3,350 Monodisperse	200 mL	結晶級PEG 3350用于結晶條件優(yōu)化
Hampton	HR2-529	50% w/v Polyethylene glycol 4,000	200 mL	結晶級PEG 4000用于結晶條件優(yōu)化

以上試劑盒中的單組分條件可單獨訂購。除上述試劑盒外，西美杰還提供包括Proti-Ace?、Silica Hydrogel Kit、Heavy Atom Screens、I3C Phasing Kit等多款結晶優(yōu)化篩選試劑盒及試劑，歡迎致電西美杰客服熱線400-050-4006咨詢訂購。

Hampton Research蛋白結晶耗材工具

品牌	貨號	品名	規(guī)格	簡介
Hampton	HR2-320	Seed Bead Kit	24 tubes with PTFE Seed Bead	晶種制備珠
Hampton	HR3-105	MASTERBLOCK® 96 Deep Well polypropylene plate	50 plate case	96孔深孔板
Hampton	HR3-081	72 Well Microbatch Plate, Greiner 654102	untreated, hydrophobic - 270 plate case	72孔油下結晶板
Hampton	HR3-125	Swissci 3 Well Midi Crystallization Plate in UVP (40)	40 plate case	3微孔/96孔坐滴板
Hampton	HR3-158	Cryschem Plate	24 plate case	24孔坐滴板
Hampton	HR3-231	22 mm x 0.22 mm Siliconized circle cover slides	1.0 ounce pack (~120 slides)	圓形硅化玻璃蓋玻片
Hampton	HR3-233	22 mm x 0.22 mm Siliconized circle cover slides	10.0 ounce case (~1,200 slides)	圓形硅化玻璃蓋玻片
Hampton	HR3-609	Crystal Clear Sealing Film	100 pack	結晶板封口膜
Hampton	HR4-216	Crystal Crusher	5 pack	晶體粉碎器
Hampton	HR4-217	Crystal Probe	12 pack	一次性不銹鋼晶體針
Hampton	HR4-733	CrystalCap	with Vial - 60 pack	晶體環(huán)底座
Hampton	HR4-811	Micro-Tools Set	each	晶體處理工具套裝，含8個不同形狀的晶體探針

除上述產品外，西美杰還提供各種規(guī)格結晶板、loop、微橋、密封膠，Pucks等工具耗材及整套工具箱，幫助研究人員更快更高效的開展實驗。歡迎致電西美杰客服熱線400-050-4006咨詢訂購。

西美杰作為Hampton Research在中國的官方授權代理，致力于為用戶提供卓越的技術支持和周到的售后服務。西美杰始終秉持“We promise what we can do. We do what we have promised”的核心理念，為用戶提供優(yōu)質的服務。若您想了解更多產品信息，歡迎致電北京西美杰全國客服熱線400-050-4006或登錄官網www.sqdyxh.com進行查詢和了解。

References and Readings

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