蛋白X射線結構分析方法是一種重要的結構生物學分析方法，傳統(tǒng)技術觀點認為低溫下的X射線延伸技術獲得的蛋白結晶結構分析數(shù)據(jù)更加可靠，近日加州大學伯克利分校SLAC國家加速器實驗室等處的研究人員在比對了多種不同蛋白的不同溫度分析數(shù)據(jù)之后，提出常溫中獲得的X射線衍射數(shù)據(jù)能更好的分析蛋白的催化機制和功能。這一研究成果公布在《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志上。
現(xiàn)代蛋白X射線衍射分析所獲得的數(shù)據(jù)幾乎完全基于低溫X射線結晶方法獲得的數(shù)據(jù)——通常溫度為100K。這主要是因為一般認為低溫對于整個蛋白骨架折疊的干擾少，所以低溫造成結構分析結果功能上的偏差少。蛋白X射線結構分析方法一般步驟為提純蛋白質(zhì)，溶解于合適溶劑中，然后使溶液過飽和，后晶核形成，獲得蛋白結晶，在這其中，溫度變化很重要。
在這篇文章中，研究人員提出了一個相反的觀點：他們通過比對30種不同蛋白，在低溫和常溫溶液中結晶結構的X射線衍射數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)冷卻這一常見步驟會減少蛋白結構動力學分析數(shù)據(jù)，比如說這個步驟不能揭示氨基酸側鏈的構型，這說明常溫中獲得的X射線衍射數(shù)據(jù)也許能更好的獲得蛋白的動力學數(shù)據(jù)，和底物相關數(shù)據(jù)，這對于了解蛋白的催化機制和功能具有重要的意義。
而且常溫下獲得的蛋白結晶結構數(shù)據(jù)還能分析信號開關蛋白，H-Ras，以及變構網(wǎng)絡(allosteric network)，這些低溫條件下都無法獲得。這些數(shù)據(jù)都表明常溫下進行X射線結晶能揭示更多有關催化，配基鏈接，以及變構調(diào)控的蛋白信息。
在分析蛋白結構方面，除了x射線結晶這一重要方法外，近年來也有研究人員將這一方法與其它方法結合，提高所獲得數(shù)據(jù)的準確性和多樣性。
比如科學家們就結合X-射線晶體衍射和低溫電子顯微鏡兩種方法獲得的數(shù)據(jù)，利用柔性裝配分子動力學(moleculardynamicflexiblefitting,MDFF)的方法進行分析。由于X-射線晶體衍射只能獲得靜態(tài)的單個分子的高分辨率圖片，而低溫電子顯微鏡能獲得兩個或多個分子動態(tài)相互作用的低分辨率的圖片，因此將這兩者結合起來，就能更好的了解蛋白的活動。研究人員利用這種方法就揭示了核糖體裝配蛋白質(zhì)過程。
在國際上，美國首先提出大規(guī)模測定蛋白質(zhì)結構的計劃，現(xiàn)在已經(jīng)進入**期的產(chǎn)出階段。其他發(fā)達國家(歐盟和日本)也相繼啟動自己的結構基因組計劃。而根據(jù)美國**期的試驗計劃，X射線晶體學仍然是測定結構的主要手段。
原文摘要：
Accessing protein conformational ensembles using room-temperature X-ray crystallography
Modern protein crystal structures are based nearly exclusively on X-ray data collected at cryogenic temperatures (generally 100 K). The cooling process is thought to introduce little bias in the functional interpretation of structural results, because cryogenic temperatures minimally perturb the overall protein backbone fold. In contrast, here we show that flash cooling biases previously hidden structural ensembles in protein crystals. By analyzing available data for 30 different proteins using new computational tools for electron-density sampling, model refinement, and molecular packing analysis, we found that crystal cryocooling remodels the conformational distributions of more than 35% of side chains and eliminates packing defects necessary for functional motions. In the signaling switch protein, H-Ras, an allosteric network consistent with fluctuations detected in solution by NMR was uncovered in the room-temperature, but not the cryogenic, electron-density maps. These results expose a bias in structural databases toward smaller, overpacked, and unrealistically unique models. Monitoring room-temperature conformational ensembles by X-ray crystallography can reveal motions crucial for catalysis, ligand binding, and allosteric regulation.
