超強X射線激光技術揭示蛋白原子結構

        科學家們通過一種超強X射線激光，揭示了一種蛋白前所未有的原子結構，從而證明了一種突破性蛋白結晶技術的可行性。不過相關結構生物學家也表示，要說這種x-ray free-electron lasers自此就能取代了傳統(tǒng)的以X射線源作為同步加速器，已獲得了數(shù)以萬計蛋白質(zhì)結構的方法，還為時尚早。
蛋白結構分析突破性技術
 

        目前來說對于蛋白結構的測定，主要的技術方法包括X光衍射法、核磁共振譜法，以及傳統(tǒng)的單顆粒電鏡重構，其中存在兩個方面的主要問題：個是獲得合適大小的蛋白晶體，其次是利用不會降解蛋白的方法進行照射。
 

        今年年初，美國科學家制造出了世界上波長短、單色純度的束原子X射線激光，他們通過強大的X射線激光，從位于密封艙中的氖原子內(nèi)層中敲除電子。當其他電子再回落填補那些位置時，大約有1/50的原子通過發(fā)出一束X射線回應。這些X射線接著又激發(fā)臨近的氖原子，隨之產(chǎn)生了更多的X射線，如此的多米諾效應將原始X射線激光放大了2億倍。
 

        這種強大的X射線激光能用于多個方面，此番德國的科學家們就將其用在了蛋白結晶技術上——他們利用XFELs確定了一種關鍵酶的結構，這種酶對于單細胞寄生蟲布氏錐蟲（Trypanosoma brucei）存活至關重要，而后者正是非洲昏睡病的罪魁禍首。 
        半胱氨酸組織蛋白酶結構解析 
        非洲昏睡病每年要奪取三萬人的生命，這種疾病流行于中部非洲。14世紀，馬里國王Mari Jata就染上了這種疾病，昏睡大約2年后死亡，這是較早的昏睡病例。幾個世紀后，西方殖民者把貿(mào)易拓展到西部非洲時，發(fā)現(xiàn)了這種怪病。目前還沒有能治愈嚴重的昏睡病病例的藥物，亟待科學家們的進一步探索。 
        之前的研究已經(jīng)揭示了這種稱為半胱氨酸組織蛋白酶（cysteine protease cathepsin）的結構特征，而新這項研究則發(fā)現(xiàn)了這種酶的“前體”的形式：其活性區(qū)域覆蓋著一種稱為前肽（propeptide）的的分子安全帽，十分有趣。研究人員認為這將有助于科學家們找到與這種前肽結構相似的分子，結合到酶上，殺死寄生蟲。
 

研究人員指出，這種結構被確定的方式與其結果同樣重要。
 

        首先為了能獲得這種酶的結晶結構，生物學家在細胞內(nèi)過度表達了半胱氨酸組織蛋白酶，這些酶能形成幾微米長，不到一微米寬的細長結晶結構。由于這種結晶體積太小，用環(huán)形粒子加速器產(chǎn)生的相對弱的X射線束無法進行研究，因此這一研究組采用了世界上XFEL，解析這一蛋白結構，獲得了這一蛋白前所未有的清晰結構。
        同時這項研究也指出了XFEL的另外一個優(yōu)點——能在同步加速器上研究的小結晶結構，會受到X射線的破壞，即使是在數(shù)據(jù)積累的時候。研究人員認為利用XFEL能收集到無損數(shù)據(jù)。