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空间蛋白质晶体生长的机理研究取得新进展
中国科学院（力学所）：力学所国家微重力实验室承担的院知识创新重要方向项目“空间生命科学与技术的研究和应用”子课题“空间蛋白质晶体生长的机理研究”取得最新进展。
该课题用动态光散射法研究了不同浓度NaCl对溶菌酶晶体生长前期溶液中聚集体状态影响；测量了相应条件下溶液的Zeta电势值以说明NaCl与溶菌酶之间的相互作用的变化情况；并对动态光散射与原子力显微镜的结果进行了对比和分析。研究结果表明，成核前期溶菌酶溶液中存在的大小不一的聚集体状态与溶液中的NaCl浓度密切相关。晶体生长过程中，溶液中溶菌酶始终保持单分子与两分子聚集体的状态，这种溶液中的溶菌酶分子保持单分子的状态是生长晶体的基础。研究人员从溶液中无序聚集体的角度出发提出了判断晶体能否生长的一个可能的标准，即溶液中存在大的无序聚集体时晶体无法生长出来。
将溶菌酶进行荧光标记后，首次成功制得经过荧光标记的溶菌酶晶体。蛋白质经过荧光标记后，其晶体的生长可以通过测量荧光的方法进行研究。该方法可大大提高测量灵敏度，对蛋白质晶体生长的研究具有重要的意义。
开展了NaClO3晶体生长模型化实验研究。采用光学干涉的方法，观测NaClO3晶体生长过程中晶体下表面和侧面的浓度分布以及对流情况。采用溶液蒸发的方法结晶晶体，研究晶体不同晶面的生长情况，特别是底面流场对晶体生长的影响，分析浮力对流对不同晶面的影响机理，给出了无机盐晶体的生长速率。
由于现有的原子力显微镜、扫描隧道显微镜等测量手段是接触式测量，加之测量仪器本身对外界环境的高敏感性，使该手段在蛋白质晶体研究中受到一定限制。为了采用非接触无扰动光学测试技术研究蛋白质晶体生长，目前研究小组正在改造国家微重力实验室原有的长焦距工作距显微镜，使之在原有的物体形貌定性观察基础上加入光学干涉技术后成为长焦距干涉显微镜，定量化地测试蛋白质生长台阶。通过对生长台阶的实时观测，精确测量、分析晶体生长速率及其不稳定性，研究晶体生长界面动力学问题。该长工作距显微镜的改造已得到力学所大型设备项目改造、研制经费的支持。
同时，用原位实时原子力显微成像技术(AFM)着重研究了我国特有的蛋白质-杜仲抗真菌蛋白EAFP的结晶过程，即包括成核、晶体生长和停止全过程的动态特性研究。通过多次对多个晶体生长过程的重复观测，发现了EAFP和TCS晶体生长所呈现的晶体生长微观动态特性，与以往在别的蛋白质晶体生长过程中所发现的机理不同。结合它们的高分辨晶体结构，从分子结构水平上揭示和阐明了新的微观动态机理。EAFP单斜晶体生长速度很快，在较宽的蛋白质浓度和PH条件下，几个小时内可以长成较大的单晶。用AFM实时原位观测了EAFP 单斜晶体{100}生长过程。EAFP晶体生长并不取以单一的生长方式，而是随生长条件的变化采取不同的动态生长模式。分子在晶体中的堆积和分子间相互作用的分析结果基本与AFM显微成像观测相符合。
2004.04.29
中国科学院网
