[实用新型]一种蛋白质结晶装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物大分子结晶的装置，特别是用于提高蛋白质结晶条件筛选成功率的装置，属于蛋白质结晶领域。 

背景技术

后基因组时代的到来，为治疗许多难以治愈的疾病带来了契机。基因组工程以治疗人类疾病为新目标，通常不是基因本身而是由基因编码的蛋白质作为潜在的药物设计靶点。为了依据蛋白质结构设计药物，首先必须获得这些蛋白质的三维分子结构，可见蛋白质的结构对基于结构的理性药物设计至关重要。当前世界范围的结构基因组计划已宣布将测定基因组中所有蛋白质的结构，但迄今为止，仅有部分的蛋白质结构被解析出来。根据公开的蛋白质三维结构数据库(PDB，wwwpdb.org)中的数据可知，X射线单晶衍射技术解析了88％以上的蛋白质结构，在所有生物大分子结构解析技术中占据着最重要的地位。对该技术而言，蛋白质晶体是其必不可少的衍射样品，然而从纯度很高的蛋白质到生长出具备衍射质量蛋白质晶体的成功率不足20％。因此，蛋白质晶体的制备一直以来都是蛋白质结构解析的瓶颈问题之一。 

在蛋白质结构解析中，蛋白质晶体的制备通常是通过大量的商业筛选试剂盒分别与蛋白质溶液混合，尝试寻找出可使蛋白质结晶的条件，再基于此进行结晶条件的优化以获得衍射质量的晶体。因此蛋白质结晶条件筛选是晶体制备的必经阶段。而结晶板及不同的结晶方法对蛋白质结晶条件筛选有很大的影响，因此研发新的蛋白质结晶装置以及新的结晶方法对于蛋白质结晶条件的筛选是非常必要的。 

蛋白质结晶条件的筛选一般采用气相扩散法。气相扩散法的原理是在一个封闭体系内，由于不含蛋白质大分子的池液中结晶剂的浓度高于蛋白质大分子结晶液滴中结晶剂的浓度，导致溶剂不断从低浓度的蛋白质结晶溶液向高浓度的池液扩散，从而使结晶溶液中蛋白质和结晶剂的浓度不断增加，直到结晶溶液与池液的蒸汽压达到平衡。在此过程中蛋白质大分子结晶溶液逐渐达到过饱和，从而形成晶体。 

气相扩散法主要包括坐滴法(如图1)和悬滴法(如图2)。在气相扩散的密封体系中，主要包含有体积大且浓度较高、含有沉淀剂的池液，及体积小且浓度较低的蛋白质结晶溶液，一般是较低浓度的结晶溶液与较高浓度的池液通过气相扩散达到浓度 平衡。由于在扩散过程中结晶溶液中蛋白质和沉淀剂的浓度都升高，使蛋白质的溶解度降低且达到一定的过饱和从而发生晶体的形核与生长。一般结晶溶液中的沉淀剂浓度是池液中沉淀剂浓度的1/2，这种情况下，结晶溶液的沉淀剂浓度最大只能扩展到与池液相同的浓度。但是在传统的气相扩散法中，虽然结晶溶液浓度不断浓缩直至与池液平衡，如果池液的浓度不足以使蛋白质结晶溶液浓缩至蛋白质大分子形核的过饱和度，则即使所使用的筛选试剂能在更高浓度下获得晶体，但在实际筛选时却得不到晶体。 

在蛋白质结晶中，获得高纯度蛋白质比较困难，因此蛋白质是非常珍贵的。在目前高通量的蛋白质结晶条件筛选中，结晶液滴的用量可达到0.05～4μL，结晶溶液的用量很少，非常容易挥发，因此一般实验室都采用自动化的加样系统及观测系统。在蛋白质结晶条件筛选中，通常采用的是符合国际标准的结晶板，符合此标准的结晶板都可实现自动化的加样以及晶体图像的采集。 

生物大分子结晶条件筛选成功率一般定义为成功结晶的条件数与总的结晶条件数的比值。Chen-Yan Zhang和Da-Chuan Yin等人采用Hampton Research公司货号为HR2-134的IndexTM 96结晶条件筛选试剂盒对多种蛋白质的结晶条件进行了筛选(Cycling Temperature Strategy：A Method to Improve the Efficiency of Crystallization Condition Screening of Proteins.Crystal Growth & Design，2008，8(12)：4227-4232)。该文献报道的方法中，蛋白质的初始浓度全部为20mg/ml，蛋白质晶体的生长周期为2天。在传统气相扩散法-悬滴法下这些蛋白质的结晶条件筛选成功率依次是：溶菌酶结晶条件筛选成功率为29.2％，过氧化氢酶的结晶条件筛选成功率为15.6％，糜蛋白酶原AII的结晶条件筛选成功率为26％，刀豆球蛋白A VI的结晶条件筛选成功率为4.2％，蛋白酶K的结晶条件筛选成功率为58.3％，索马甜蛋白的结晶条件筛选成功率为3.1％，核糖核酸酶A VII的结晶条件筛选成功率为1％，枯草杆菌蛋白酶A VII的结晶条件筛选成功率为0。