15種蛋白質單晶培養的方法:
(1)大量養晶法(bulk crystallization):若急著養出單晶,則將純化之蛋白質溶液加入固體鹽類或飽和鹽液,直到溶液中出現乳白混濁色,離心後把上清液(suppernatant)放置數天至數周,有可能養出單晶。
(2)批次養晶法(batch method):若發現加入蛋白質的沉澱劑和鹽類等化學藥品,在濃度C1產生沉澱,濃度Cn為液體,則在C1至Cn之間細分成一串濃度C1>C2>C3>….>Ci>Cn,(n-2)個小試管進行養晶,可能結出單晶。此法之主要缺點在於蛋白質的消耗量大。
(3)大量透析法(bulk dialysis):把蛋白質溶液包在半透膜(membrane)內,浸入盛有化學藥品的器皿中,半透膜能讓小分子進出,卻不會讓蛋白質等大分子通過,則器皿中沉澱劑、鹽類和有機溶液等化學藥品會穿過半透膜,與蛋白質起作用,直到膜之內外的濃度梯度(concentration gradient)降到零為止。此法的好處在於,器皿中化學藥品之濃度可作連續之調整,pH值的範圍也可探討。壞處是膜之內外濃度差異減少時,平衡速率也隨之降低。
(4)微量透析法(microdialysis):把(ba)半(ban)透(tou)膜(mo)的(de)體(ti)積(ji)縮(suo)小(xiao),綁(bang)在(zai)比(bi)鈕(niu)扣(kou)略(lve)大(da)的(de)襯(chen)架(jia)上(shang),架(jia)體(ti)之(zhi)凹(ao)槽(cao)內(nei)注(zhu)入(ru)蛋(dan)白(bai)質(zhi)溶(rong)液(ye),包(bao)覆(fu)半(ban)透(tou)膜(mo)的(de)體(ti)架(jia)放(fang)入(ru)盛(sheng)有(you)化(hua)學(xue)藥(yao)品(pin)的(de)器(qi)皿(min),其(qi)養(yang)晶(jing)原(yuan)理(li)與(yu)大(da)量(liang)透(tou)析(xi)法(fa)相(xiang)同(tong),隻(zhi)是(shi)使(shi)用(yong)蛋(dan)白(bai)質(zhi)和(he)化(hua)學(xue)藥(yao)品(pin)的(de)量(liang)放(fang)得(de)少(shao)。注(zhu)意(yi)凹(ao)槽(cao)內(nei)不(bu)得(de)留(liu)有(you)氣(qi)泡(pao),否(fou)則(ze)膜(mo)外(wai)的(de)化(hua)學(xue)藥(yao)品(pin)為(wei)氣(qi)泡(pao)所(suo)阻(zu)止(zhi)而(er)無(wu)法(fa)透(tou)過(guo)氣(qi)泡(pao),滲(shen)入(ru)膜(mo)內(nei)的(de)蛋(dan)白(bai)質(zhi)溶(rong)液(ye)。
(5)連續萃取(sequential extraction):此法所根據的原理是亞可比(Jacoby)的實驗,他發現蛋白質在硫酸銨溶液中溶解度隨溫度的提升而下降。在4℃以下取得上清液(supernatant),放在室溫長晶。先將蛋白質溶液加入固體硫酸銨或飽和硫酸銨液體,使蛋白質溶液沉澱,離心除去上清液。接著保持4℃以下處理一係列的蛋白質沉澱物。準備數種依次遞降濃度的沉澱劑(通常為蒸餾水),nongdugaodechendianjixianjiarushangshudanbaizhichendianwuzhong,yibobangjiaobanbinglixin,quchushangqingye,fangzaishiwenyangjing,zaibanongducigaodechendianjijiarushangciweiwanquanrongjiededanbaizhichendianwu,jiaobanlixin,bashangqingyezhiyushiwenyangjing,yicileitui,zhidaodanbaizhiquanburongjieweizhi。zheyangmeiciquchudedanbaizhinongduyicidijian,rongyeyoudiwenyizhigaowen,fuheyakebidezhunze,kenengyangchudanbaizhidanjing。
(6)自由接口間的擴散法(free interface diffusion):若蛋白質在不同的溶劑中具有不同的溶解度,則蛋白質注入盛有沉澱劑試管的上方或下方(依密度而定,密度大者放在下方),在兩種溶液的交界麵擴散會有晶核長出,裝置如圖7-10所示。
(7)凹盤或玻片上的蒸汽擴散法(vapor diffusion on plates or slides)—座滴法:danbaizhiyangjingdeyaolingzaiyudanbaizhidachengguobaoherongye,tongshitianjiadehuaxueyaowuyudanbaizhiqizuoyong,xiezhujinghedexingcheng。chanyouhuaxueyaopindedanbaizhirongye,qishuifenmanmankuosan,dadaoguobaoherongyezeyoukenengchangchudanjing。ruodanbaizhirongyebaoluzaikongqizhong,shuifenzhengfadiao,zedanbaizhiganhe,wufaxingchengdanjing,yuanyinshidanbaizhidanjingyuelveweichiyetaidejiegou,hanyoudaliangshuifen,shuifenyudanbaizhijianxingchengxuduoqingjian,shuifenzhengfa,danbaizhiyewuyiweixi,yincibixubaochishuifen,shidanbaizhirongyemibizaiyigerongqizhong。tongshihaidetiaojieshuifen,suoyibixuzhifangliangzhongrongye,shidanbaizhirongyezhongdeshuifenkuosandaolingyizhonggaonongduderongyezhong,yidadanbaizhirongyedeguobaohe。tongchangxuanzeshidangdeyanleiheyoujirongji,tiaozaidengdiandiandepH值,形成沉澱劑,把粉晶蛋白質泡成一定濃度,約在5~40mg/ml之間,在凹盤的下凹孔鍍矽,注入一些蛋白質溶液和沉澱劑總共10~40 m l。在凹盤外方的塑料盒,倒入20~30ml的沉澱劑。在塑料的四周塗真空油膏(Vacuum grease),加以密封。通常這樣的塑料盒對於每種養晶條件製備兩盒,一盒放在4℃的(de)低(di)溫(wen),另(ling)盒(he)放(fang)在(zai)室(shi)溫(wen),待(dai)其(qi)長(chang)晶(jing),快(kuai)則(ze)一(yi)周(zhou),慢(man)則(ze)數(shu)月(yue),幸(xing)運(yun)的(de)話(hua),可(ke)望(wang)長(chang)出(chu)單(dan)晶(jing)。通(tong)常(chang)一(yi)次(ci)製(zhi)備(bei)數(shu)拾(shi)條(tiao)件(jian),大(da)量(liang)養(yang)晶(jing)。要(yao)鑒(jian)定(ding)長(chang)出(chu)的(de)單(dan)晶(jing)確(que)實(shi)是(shi)蛋(dan)白(bai)質(zhi)而(er)不(bu)是(shi)滴(di)入(ru)的(de)沉(chen)澱(dian)劑(ji)等(deng)化(hua)學(xue)藥(yao)品(pin)。若(ruo)養(yang)出(chu)蛋(dan)白(bai)質(zhi)單(dan)晶(jing)太(tai)小(xiao),不(bu)足(zu)以(yi)供(gong)X光繞射實驗使用,則可使用連續播種法把小晶粒養大:依照養出蛋白質小單晶的條件,炮製母液(蛋白質溶液配合沉澱劑),注(zhu)入(ru)凹(ao)孔(kong),外(wai)圍(wei)倒(dao)注(zhu)沉(chen)澱(dian)劑(ji),加(jia)以(yi)密(mi)封(feng),等(deng)待(dai)約(yue)半(ban)天(tian)後(hou),打(da)開(kai)封(feng)蓋(gai),把(ba)以(yi)前(qian)所(suo)養(yang)的(de)小(xiao)晶(jing)粒(li)稍(shao)加(jia)清(qing)洗(xi)後(hou)放(fang)入(ru),企(qi)圖(tu)長(chang)大(da),若(ruo)長(chang)出(chu)的(de)晶(jing)體(ti)仍(reng)然(ran)不(bu)符(fu)X光使用,則把最後一次的晶體當新晶種,再繼續播種,直到晶體夠大。此種養晶法的好處是:用量少,篩選多種條件相當理想;易於修飾塑料盒內沉澱劑的濃度。此種養晶法裝置,也可用具有凹槽的玻片來取代,在其一凹孔注入10m l的母液,另一凹孔注入20~40m l的沉澱劑,以小玻片密封,等待長晶。
(8)懸滴液蒸汽擴散法(vapor diffusion in hanging drops)—懸滴法: 它(ta)在(zai)原(yuan)理(li)上(shang)和(he)座(zuo)滴(di)法(fa)相(xiang)同(tong),皆(jie)以(yi)蒸(zheng)汽(qi)達(da)到(dao)平(ping)衡(heng),利(li)用(yong)少(shao)量(liang)蛋(dan)白(bai)質(zhi)篩(shai)選(xuan)多(duo)種(zhong)養(yang)晶(jing)條(tiao)件(jian)。此(ci)法(fa)用(yong)量(liang)比(bi)座(zuo)滴(di)液(ye)更(geng)少(shao)。在(zai)方(fang)形(xing)或(huo)圓(yuan)形(xing)的(de)玻(bo)片(pian)上(shang)鍍(du)矽(gui),滴(di)入(ru)少(shao)於(yu)10m l的蛋白質母液,在培養皿的每一凹槽中注入1 ml的沉澱劑,把方形玻片翻轉,蓋在凹槽孔緣,加以密封,形成懸滴液,進行擴散,蛋白質溶液達到過飽和,長出單晶。
(9)液體橋連法(liquid bridge)如圖7-12(b)所suo示shi,一yi小xiao滴di母mu液ye和he一yi滴di沉chen澱dian液ye分fen別bie滴di在zai玻bo璃li片pian的de兩liang靠kao近jin處chu,以yi細xi針zhen引yin導dao細xi橋qiao相xiang接jie,把ba此ci載zai有you液ye滴di的de玻bo片pian放fang在zai密mi封feng容rong器qi中zhong,在zai細xi橋qiao相xiang連lian處chu可ke望wang長chang出chu單dan晶jing。(10)濃度透析法(concentration dialysis):,離li子zi強qiang度du弱ruo,則ze蛋dan白bai質zhi溶rong解jie度du低di,易yi形xing成cheng晶jing核he,長chang出chu單dan晶jing,可ke利li用yong氮dan氣qi在zai裝zhuang有you蛋dan白bai質zhi和he鹽yan類lei的de透tou析xi袋dai內nei施shi壓ya,使shi鹽yan類lei穿chuan透tou透tou析xi膜mo流liu出chu,降jiang低di袋dai內nei鹽yan類lei濃nong度du,使shi蛋dan白bai質zhi溶rong液ye在zai低di離li子zi強qiang度du下xia長chang出chu單dan晶jing。
(11)pH引導長晶法(crystallization induced by pH):蛋白質的溶解度在等電點的pH值最低,是個良好的養晶條件。有些蛋白質在不同的數個pH值,具有數個溶解度的極小,這些溶解度極小處可望長晶。利用透析法改變透析膜外的pH值是個好辦法。也可在蒸汽擴散法中,在外圍滴入揮發性酸或堿(如氨水或幹冰等)來調節pH值。
(12)溫度長晶法(temperature crystallization):蛋白質溶解度為溫度的函數,有些溶解度非常溫度敏感。通常溫度降低,分子排列較有秩序,引起能趨疲(熵)(entropy)的(de)降(jiang)低(di)。由(you)液(ye)體(ti)轉(zhuan)變(bian)到(dao)固(gu)體(ti),其(qi)熵(shang)會(hui)降(jiang)低(di),反(fan)之(zhi)亦(yi)然(ran)。井(jing)然(ran)有(you)序(xu)排(pai)列(lie)的(de)分(fen)子(zi)易(yi)於(yu)長(chang)晶(jing)。通(tong)常(chang)一(yi)種(zhong)長(chang)晶(jing)條(tiao)件(jian)泡(pao)兩(liang)份(fen),一(yi)份(fen)置(zhi)於(yu)室(shi)溫(wen),另(ling)一(yi)份(fen)放(fang)在(zai)4℃的冰箱。
(13)蒸發(evaporation):zheshizuiyuanshidefangfa,weixiaofenzidechangjingchangyongfa,yeshimouxiedanbaizhichangyongdeyangjingfa。zaidanbaizhibubianxingdetiaojianxia,manmanrangmuyezhengfa,shidanbaizhirongyedadaoguobaohe,jiechudanjing。
(14)填加有效分子法(effector addition):與有效分子(effector)結合的蛋白質,其溶解度往往與無有效分子結合者差異大,可達到某些構象(conformation)平衡狀態的存在,養出此種構象單晶,通常的有效分子有配位體(ligand)和基質(substrate)等。
(15)對蒸餾水透析法(dialysis against water):離(li)子(zi)強(qiang)度(du)弱(ruo)則(ze)蛋(dan)白(bai)質(zhi)溶(rong)解(jie)度(du)低(di),以(yi)半(ban)透(tou)膜(mo)裝(zhuang)母(mu)液(ye),外(wai)浸(jin)蒸(zheng)餾(liu)水(shui),鹽(yan)類(lei)往(wang)膜(mo)外(wai)透(tou)出(chu),待(dai)膜(mo)內(nei)蛋(dan)白(bai)質(zhi)溶(rong)解(jie)度(du)降(jiang)低(di),可(ke)望(wang)長(chang)出(chu)單(dan)晶(jing)。此(ci)法(fa)相(xiang)當(dang)有(you)效(xiao),值(zhi)得(de)首(shou)次(ci)嚐(chang)試(shi)。前(qian)提(ti)是(shi)蛋(dan)白(bai)質(zhi)不(bu)得(de)變(bian)性(xing)(denature),有時添加少許 [0.02%(w/v)] 的 Sodium azide,或數滴甲苯(toluene)或氯仿(chloroform)有助防止細菌的滋長
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