離子液體-水體系中蛋白質(zhì)晶體的生長研究.pdf

1、蛋白質(zhì)晶體學(xué)是一門研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的邊緣學(xué)科。隨著生物學(xué)領(lǐng)域?qū)_的生物大分子結(jié)構(gòu)需求的日益增加，尤其是利用單晶X射線衍射法得到的三維結(jié)構(gòu)，使得研究生物大分子晶體的生長越來越受到重視。然而，生物大分子的結(jié)晶相當(dāng)困難，從某種意義上講這是生物大分子結(jié)構(gòu)測定的限制因素。 離子液體具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)成為目前化學(xué)界的熱點(diǎn)課題之一，而且在生命科學(xué)領(lǐng)域也開始得到應(yīng)用，尤其是作為生物催化反應(yīng)的溶劑或共溶劑的研究更是備受關(guān)注，

2、近年來，離子液體也開始應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)晶方面。 本論文將一種新體系——離子液體—水用于蛋白質(zhì)的結(jié)晶。在該體系中，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)晶體在離子液體中的可控生長，培養(yǎng)了符合X射線衍射條件的蛋白質(zhì)單晶，對離子液體在蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中的作用機(jī)理進(jìn)行了探討，并剖析了離子液體含量與蛋白質(zhì)晶體的晶型、形貌和品質(zhì)間的關(guān)系。此外，從動(dòng)力學(xué)角度系統(tǒng)地分析了離子液體在蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中對晶體生長速率的控制作用，進(jìn)而優(yōu)化結(jié)晶條件，改善晶體質(zhì)量。 采用一步法

3、和兩步法分別合成了離子液體[BMIM]CI(1—丁基—3—甲基咪唑氯化物)、[BMIM]BF4(1—丁基—3—甲基咪唑四氟硼酸鹽)和[BMIM]PF6(1—丁基—3—甲基咪唑六氟磷酸鹽)，借助紅外光譜分析表征了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。其次，為了進(jìn)一步研究離子液體對蛋白質(zhì)晶體生長過程的影響機(jī)制，采用BCA法通過紫外一可見分光光度計(jì)測定蛋白質(zhì)在離子液體—水混合溶液中的溶解度，結(jié)果表明，離子液體在體系中起到了類似無機(jī)鹽類沉淀劑的作用，促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子從溶

4、液中的析出。通過測定[BMIM]BF4—乙酸乙酸鈉—NaCl離子液體雙水相體系的三元體系相圖，研究了培養(yǎng)溶液中各組分間的溶解度關(guān)系，并將其用于蛋白質(zhì)晶體的培養(yǎng)，以控制了溶液的局部過飽和度。 采用懸滴法和批量法兩種結(jié)晶方法，在離子液體—水體系中實(shí)現(xiàn)了對溶菌酶晶體的可控生長，得到了空間群為P43212的四方晶系晶體，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型解析工作?？疾炝顺恋韯┓N類、溶液過飽和度、離子液體的含量、結(jié)晶溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的改變對溶菌酶晶型、晶

5、體形貌和品質(zhì)的影響。研究表明，[BMIM]BF4更適于溶菌酶晶體的培養(yǎng)，在該體系中，[BMIM]BF4與NaCl一起作為聯(lián)合沉淀劑使用，晶體尺寸明顯增大，結(jié)晶速率得以控制，晶體質(zhì)量有所改善。另外，隨著[BMIM]BF4含量的增加，晶體形貌逐漸由塊狀變?yōu)榘魻?，且長徑比也隨之增大。 采用懸滴結(jié)晶法，在[BMIM]BF4—水體系中實(shí)現(xiàn)了對索馬甜蛋白單晶體的可控生長，得到了空間群為P41212的四方晶系晶體，并解析了其初始模型結(jié)構(gòu)。在該

6、體系中，[BMIM]BF4被單獨(dú)的作為沉淀劑使用，并且研究了結(jié)晶溫度、離子液體[BMIM]BF4的含量等培養(yǎng)條件對索馬甜蛋白晶型和品質(zhì)的影響。 離子液體作為一種具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的溶劑，在蛋白質(zhì)結(jié)晶的過程中具有與無機(jī)鹽類沉淀劑相類似的作用。同時(shí)形成雙水相體系降低溶液的局部過飽和度，發(fā)揮了模板劑、聯(lián)合沉淀劑和添加劑的多重作用，有效的控制晶核的生成數(shù)量，提高單晶出現(xiàn)的幾率?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)離子液體的含量來控制蛋白質(zhì)晶體的生長速率、大小和