蛋白质结晶方法大总结.
蛋白结晶技术
提高稳定性：通过 改进技术提高蛋白 结晶的稳定性以便 更好地保存蛋白结 构
提高效率：通过改 进技术提高蛋白结 晶的效率以便更快 地获得蛋白结构
降低成本：通过改 进技术降低蛋白结 晶的成本以便更广 泛地应用蛋白结晶 技术
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蛋白结晶技术的应用前 景
在生物医药领域的应用前景
药物研发：加速药物筛选和优化提 高药物研发效率
结晶过程： 将样品放 入结晶溶 液中进行 结晶
结晶收集： 将结晶产 物收集进 行后续处 理
结晶鉴定： 通过X射 线衍射、 电子显微 镜等方法 对结晶产 物进行鉴 定
结晶优化： 根据鉴定 结果对结 晶条件进 行优化提 高结晶质 量
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蛋白结晶技术的实验方 法
实验材料的选择
蛋白样品：选择纯度高、活性好的蛋白样品 缓 冲 液 ： 选 择 合适 的缓 冲 液如 Tr i s- HCl、 NCl 等 盐浓度：选择合适的盐浓度如0.1M、0.2M等 温度：选择合适的温度如4℃、20℃等 晶种：选择合适的晶种如蛋白质、核酸等 实验容器：选择合适的实验容器如试管、离心管等
药物分析：提高药物分析的准确性 和灵敏度为药物质量控制提供支持
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药物生产：提高药物纯度和稳定性 降低生产成本
药物运输：提高药物稳定性和生物 利用度降低药物运输成本和损耗
在农业领域的应用前景
提高农作物产量：通过蛋白结晶技术提高农作物的抗病性和抗逆性从而提高产量。
改善农产品品质：通过蛋白结晶技术改善农产品的营养成分和口感提高农产品的品质。
蛋白结晶的稳定性：蛋白结晶过程中蛋白 的稳定性是一个重要的问题需要保证蛋白 在结晶过程中的结构不变。
蛋白结晶的效率：蛋白结晶的效率也是一 个重要的问题需要提高蛋白结晶的效率缩 短结晶时间。
生物大分子的结晶与结构解析
生物大分子的结晶与结构解析生物大分子是指高分子化合物，如蛋白质、核酸、多糖等，它们在生命体系中扮演着重要角色。
生物大分子的结晶可以为研究其结构与功能提供有力的手段。
本文将从生物大分子结晶的背景、方法和应用三个方面来探讨这个热门话题。
一、生物大分子结晶的背景生物大分子结晶首先应用于蛋白质晶体学领域，由于蛋白质的复杂性和敏感性，它们长期以来被认为难以得到单晶。
然而，1948年，蛋白质晶体学的开创者之一马兰·肖特提出了一种新的晶体学技术——蛋白质结晶技术，该技术使得蛋白质可以得到单晶状态，从而可以进行高分辨率结构分析。
此后，生物大分子结晶技术得到快速发展，人类已经得到了多种复杂生物大分子的结晶。
二、生物大分子结晶的方法1. 蛋白质结晶方法蛋白质冷却结晶法是目前最常用的结晶方法。
在该方法中，首先需要将蛋白质高度纯化。
然后，蛋白质的溶液与结晶缓冲液混合，詹姆斯方法定向切割2-30μm的细丝，在细丝之间形成差异浓度梯度慢慢降温结晶。
挥发溶剂法是另一种常用的结晶方法。
在该方法中，试样的溶液与含有结晶剂的挥发剂混合，快速挥发溶剂，形成蛋白质结晶。
2. 核酸结晶方法核酸结晶方法相对较为简单。
在该方法中，首先将单链核酸与一个亲核性试剂（如硫酸铵）混合，然后缓慢地降低pH值，诱导核酸形成结晶。
三、生物大分子结晶的应用生物大分子晶体学已广泛用于解析高分辨率的结构。
通过获得生物大分子的晶体结构，可以深入了解生物学的本质——如何生命活动通过大分子相互作用被调控。
另一个重要应用是药物研发。
生物大分子结晶技术可以确定药物与生物大分子之间的相互作用的具体结构，这样就可以设计出符合预期药效的药物。
此外，生物大分子结晶技术还可以用于监测空气中的有毒化学物质和试剂的痕迹，以及监测生命体系中的分子和生物大分子之间的相互作用。
总之，生物大分子结晶技术作为蛋白质晶体学的一个分支，在生命科学、制药以及其他一些领域具有广泛应用前景。
尽管生物大分子结晶技术仍存在一些限制，但随着人们对蛋白质晶体学的不断研究，定制的结晶化剂和新的结晶方法将不断出现，进一步推动着这一领域的发展。
蛋白质晶体结晶技术
压力
• Sazaki 等用双光束干涉仪测定了高压下的 溶菌酶蛋白四方结晶及正交结晶的溶解度 变化。实验表明，随着压力的增高其正交 结晶的溶解度降低，而四方结晶的溶解度 增大。可能是由于不同晶型的蛋白质分子 的疏水亲水程度不同，随着压力的变化， 与水的作用效果不同并反映出溶解度的变 化的不同。因此，已有越来越多的研究者 开始利用压力作为蛋白质结晶过程中的一 个重要的调整参数以得到目的产物。
• ②蒸发扩散结晶。摸索蛋白质结晶条件最 常用的方法是应用蒸发扩散结晶的悬滴法。 因为此法不但可节省样品而且可有效利用 储存空间。 此法是使任何挥发性的组分在 小液滴和大样品池间达到平衡，使蛋白质 液滴中沉淀剂及蛋白质的浓度逐渐增加, 达 到过饱和状态,最终析出晶体。晶体生长的 基本装置是Linbro多孔组织培养板及用二甲 基二氯硅烷硅化后的玻片或塑料盖玻片。
• 上述方法中步骤2和4目前己可在自动化仪 器中进行, 但是, 绝大部分拥有该仪器的实 验室最终还是乐意采用手工方法。起始的 条件实验常在感兴趣的区域(通常低于沉淀 蛋白所需的浓度)进行，然后再进行实验条 件的优化。一般的,蛋白质晶体生长所需的 硫酸胺等沉淀剂浓度在理想浓度的1%或2% 偏差范围内, 但对于不同分子量的聚乙醇胺 （PEG）则可宽松一些。 晶体在数小时至 数月后出现。 通常，微晶可用作晶种以长 出合用的晶体。
蛋白质结晶的影响因素
• ①结晶蛋白质的纯度。获得高纯度的蛋白 质是对其进行结晶的前提。Lin 等通过采用 FPLC 快速液相色谱系统得到结晶级的蛋白 质，同时发现用此法得到的蛋白质进行结 晶，结晶的可重复性及获得晶体的衍射清 晰度都大大提高。
• ②过饱和度。溶液的过饱和度是蛋白质进 行结晶的驱动力，其本质就是过饱和溶液 的实际溶解度与饱和溶液的溶解度即该蛋 白质的溶解度之间的化学势的差值。过饱 和度的高低决定了结晶过程中成核及晶体 生长的快慢，从而决定了晶体质量的好坏
蛋白质结晶
1.3 结晶方法(Crystallization Techniques)1.3.1 分批结晶(Batch Crystallization) 这是最老的最简单的结晶方法，其原理是同步地在蛋白质溶液中加入沉淀剂，立即使溶液达到一个高过饱和状态。
幸运的话，不需进一步处理即可在过饱和溶液中逐渐长出晶体。
一个用于微分批结晶的自动化系统已被Chayen等人设计出（1991，1992），其微分批方法中，他们在1-2μl包含蛋白质和沉淀剂的液滴中生长晶体。
液滴被悬浮在油（如石蜡）中，油的作用是作为封层以防止蒸发，它并不干扰普通沉淀剂，但是干扰能溶解油的有机溶剂(Chayen, 1997; see also Chayen, 1998)。
1.3.2 液-液扩散(Liquid–Liquid Diffusion) 这种方法中，蛋白质溶液和含有沉淀剂的溶液是彼此分层在一个有小孔的毛细管中，一个测熔点用的毛细管一般即可（如图1.2）。
下层是密度大的溶液，例如浓硫酸铵或PEG溶液。
如果有机溶剂如MPD被用作沉淀剂，它会在上层。
以1：1混合，沉淀剂的浓度应该是所期最终浓度的二倍。
两种溶液（各自约5μl）通过注射器针头导入毛细管，先导入下层的。
通过一个简易的摇摆式离心机去除气泡。
再加入上层，进而两层之间形成一个明显的界面，它们会逐渐彼此扩散。
Garc´?a-Ruiz and Moreno （1994）已经发展液-液扩散技术至针刺法。
蛋白质溶液通过毛细力被吸入狭窄的管中，管的一端是封闭的。
接着，开放端被插入置于小容器的凝胶中，凝胶使得管竖直，蛋白质溶液与凝胶接触。
含有沉淀剂的溶液被倒在凝胶上，整个装置被保存于封闭的盒子以防蒸发。
沉淀剂通过凝胶和毛细管的扩散时间可以由毛细管插入凝胶的深度控制，从而蛋白质溶液中即可形成过饱和区域，毛细管底部高而顶部低。
这也可作为一个筛选最佳结晶条件的额外信息。
1.3.3 蒸气扩散（Vapor Diffusion）1.3.3.1 悬滴法（The Hanging Drop Method）这种方法中，在一个硅化的显微镜盖玻片上通过混合3-10μl蛋白质溶液和等量的沉淀剂溶液来制备液滴。
蛋白质的沉淀与结晶
蛋白质的沉淀于结晶摘要：文章重点阐述了关于蛋白质分离纯化中的沉淀与结晶这两种方法。
通过分别对这两种方法的概念、原理以及操作的中的一些注意事项的阐述，使蛋白质分离工作者可以有一个较全面的参考。
关键词：蛋白质沉淀结晶1.沉淀沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出的过程。
沉淀技术操作简便，成本低廉，不仅用于实验室中，也用于某些生产目的的制备过程，是分离纯化生物大分子，特别是制备蛋白质和酶时最常用的方法。
通过沉淀，将目的生物大分子转入固相沉淀或留在液相，而与杂质得到初步的分离。
沉淀的基本原理是根据不同物质在溶剂中的溶解度不同而达到分离的目的，不同溶解度的产生是由于溶质分子之间及溶质与溶剂分子之间亲和力的差异而引起的，溶解度的大小与溶质和溶剂的化学性质及结构有关，溶剂组分的改变或加入某些沉淀剂以及改变溶液的pH值、离子强度和极性都会使溶质的溶解度产生明显的改变。
下面介绍几种蛋白质沉淀的方法：1.1.中性盐沉淀中性盐沉淀是在溶液中加入中性盐使生物大分子沉淀析出的过程，称为“盐析”。
除了蛋白质和酶以外，多肽、多糖和核酸等都可以用盐析法进行沉淀分离，20％～40％饱和度的硫酸铵可以使许多病毒沉淀，43％饱和度的硫酸铵可以使DNA和rRNA沉淀，而tRNA保留在上清。
盐析法应用最广的还是在蛋白质领域，已有八十多年的历史，其突出的优点是：成本低，不需要特别昂贵的设备；操作简单、安全；对许多生物活性物质具有稳定作用。
1.1.1.中性盐沉淀蛋白质的基本原理蛋白质和酶均易溶于水，因为该分子的－COOH、－NH2和－OH 都是亲水基团，这些基团与极性水分子相互作用形成水化层，包围于蛋白质分子周围形成1nm～100nm 颗粒的亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度也越大。
亲水胶体在水中的稳定因素有两个：即电荷和水膜。
因为中性盐的亲水性大于蛋白质和酶分子的亲水性，所以加入大量中性盐后，夺走了水分子，破坏了水膜，暴露出疏水区域，同时又中和了电荷，破坏了亲水胶体，蛋白质分子即形成沉淀。
蛋白质结晶过程优化原理与实践经验分享
蛋白质结晶过程优化原理与实践经验分享蛋白质结晶是一种重要的分离纯化技术，广泛应用于生物医药领域。
在蛋白质结晶过程中，优化结晶条件对于获得高质量的晶体和提高结晶产率至关重要。
本文将讨论蛋白质结晶过程的优化原理，并分享实践经验。
蛋白质结晶的优化原理主要包括溶液制备、结晶条件、核心晶种筛选和结晶监测等方面。
首先，溶液制备是蛋白质结晶过程中的关键步骤之一。
良好的溶液制备可以提高蛋白质结晶的成功率和晶体质量。
通常，溶液的pH值、离子强度、缓冲剂类型和浓度等参数会影响蛋白质溶解度和结晶过程。
因此，合理选择合适的缓冲系统和盐类调节离子强度，调整溶液的pH值和浓度是必要的。
此外，添加辅助剂如聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酸（PPA）等可以进一步优化溶液条件。
结晶条件是蛋白质结晶优化的另一个重要方面。
温度、结晶时间、搅拌方式等条件都会对结晶过程产生影响。
一般而言，控制温度在适宜的范围内有助于提高晶体质量和产率。
此外，合适的搅拌方式可以促进溶液中蛋白质分子的遇合，有利于晶核形成和生长。
核心晶种的筛选是优化蛋白质结晶过程中的另一重要步骤。
良好的晶种可以提供高质量的晶体并加速晶体生长。
通常，晶种的选取需要考虑多个因素，如晶体形态、尺寸、生长速度等。
通过尝试不同的晶种和生长条件，可以找到最适合特定蛋白质结晶的核心晶种。
结晶过程的监测是确保结晶过程优化的关键环节。
结晶监测可以通过多种方法实现，如显微镜观察、衍射分析、测量溶液浓度等。
特别是X射线衍射技术，可以提供蛋白质晶体的高分辨率结构信息，有助于判断晶体质量和评估优化效果。
除了以上的优化原理，实践经验也是优化蛋白质结晶过程的关键因素。
在实践中，结晶试验序列的设计、样品预处理和操作技巧都可以影响结晶的结果。
建立合适的试验方案、准确记录实验条件和观察结果，并进行系统的总结和反思，是提高结晶成功率和获得高质量晶体的有效途径。
在实际操作中，有一些实践经验可以分享。
首先，合适的溶液调配和准备是关键。
蛋白质结晶方法探究
蛋白质结晶方法探究摘要】有机大分子蛋白质是生命物质基础，其基本组成单位是氨基酸，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。
它与生命以及各种生命活动紧密联系，几乎参与了全部生理过程。
蛋白质还是大多数食品的主要成分，是一类重要的产能营养素。
蛋白质的复杂结构决定了其功能的复杂性，鉴于此，要研究蛋白质的具体功能及其应用的前提是解析出高分辨率的三维结构。
【关键词】蛋白质结晶 X射线衍射晶体质量引言目前，测定蛋白质空间结构的有效方法主要有X射线衍射技术、核磁共振技术及电镜技术。
电镜法研究不染色的蛋白质分子结构明显的困难是样品对电子损伤的高敏感性和样品在真空中三维结构的改变。
核磁共振技术解析蛋白质的结构虽不需结晶，可研究动力学，但因分子量的限制，且需要标记。
因此，解析蛋白质的结构最有力的方法首推X射线衍射技术，它能精确确定生物大分子中各原子坐标，确定共价键键长、键角。
据PDB数据库的统计，超过88%的蛋白质是由X射线衍射技术得到的，所以充分利用这项技术对于开展后续研究十分重要。
X射线衍射技术解析蛋白质结构需获得蛋白质晶体，而这种晶体不是普通的晶体，它必须具有足够大小和质量才能保证数据收集的准确性。
因此，得到符合要求的晶体成为了整个衍射过程的关键，是最终决定结构解析成功与否的因素。
获得可以用于X射线衍射的高质量蛋白质晶体也成为晶体学领域追求的目标。
蛋白质结晶过程是蛋白质分子在溶液中析出的过程。
蛋白质分子首先在其过饱和溶液中形成晶核，之后由于溶液中蛋白质浓度降低，蛋白质结晶生长趋于平稳，具体表现是蛋白质不再形核，晶体逐渐长大。
这个过程中要想获得高质量的蛋白质晶体一般需要考虑一些问题，如如何获得高纯度的蛋白质溶液，选择什么结晶方法能获得质量好的晶体。
本文基于此，对现有结晶方法进行总结，并介绍一些在蛋白质结晶领域的新技术。
1 传统结晶方法A. 批量结晶法该方法是最古老也是最简单的方法，蛋白溶液和结晶试剂开始就在确定的浓度下混合，其中蛋白质溶液一定是处于过饱和状态[1]。
蛋白质结晶方法研究与优化
蛋白质结晶方法研究与优化蛋白质是生物体内重要的基本组成部分之一，对于解析其结构和功能起着至关重要的作用。
在科学研究和工业生产中，对蛋白质结晶方法的研究与优化具有重要意义。
本文将介绍蛋白质结晶方法的研究与优化，并探讨当前研究中的一些挑战和未来的发展方向。
蛋白质结晶是指在适宜的溶液条件下，使蛋白质分子逐渐聚集形成晶体的过程。
这些晶体具有高度有序的结构，能够提供蛋白质的高分辨率结构信息。
因此，蛋白质结晶是解析蛋白质结构和功能的关键步骤。
目前，常用的蛋白质结晶方法主要包括批量结晶法、温度梯度法、缓慢蒸发法和凝胶扩散法等。
这些方法在结晶的原理和条件上存在差异。
根据不同的蛋白质特性，选择适当的结晶方法极为重要。
在批量结晶法中，蛋白质溶液通过添加结晶剂，在一定温度和浓度下进行静态晶体生长。
这种方法简单易行，适用于大多数蛋白质的结晶，但晶体生长速度较慢，结晶的均一性和质量难以控制。
温度梯度法则通过调整蛋白质溶液的温度梯度，使溶解度在不同温度下发生变化，从而促进蛋白质结晶的生长。
温度梯度法适用于溶解度随温度变化较大的蛋白质，具有较高的结晶效率和结晶质量。
然而，该方法对结晶条件的控制要求较高，操作复杂，不适用于所有蛋白质。
缓慢蒸发法是将蛋白质溶液置于密封容器中，通过蒸发溶剂来实现结晶。
该方法适用于水溶性蛋白质结晶。
蒸发速度慢，晶体生长缓慢，有助于晶体的均匀生长和结晶的质量。
但是，缓慢蒸发法对结晶条件的要求较高，且晶体的缺陷率较高。
凝胶扩散法是将蛋白质溶液置于凝胶中，通过溶质的扩散来实现结晶。
这种方法适用于溶解度随pH值或离子浓度变化较大的蛋白质。
凝胶扩散法具有结晶速度快、结晶质量好等优点，但对凝胶的配制和相转移的控制要求较高。
尽管已经取得一定的研究进展，但蛋白质结晶方法仍然存在许多挑战。
首先，不同蛋白质的结晶条件差异较大，寻找适合不同蛋白质的结晶方法是一项艰巨的任务。
其次，蛋白质结晶的速度通常较慢，需要耐心和大量的试验以得到优质的晶体。
蛋白质结晶技术
蛋白质结晶技术是一种将蛋白质分子以晶体形式进行研究和分析的技术，在现代生物医学领域具有重要的应用价值。
蛋白质结晶是蛋白质生物学、药物设计和合成、小分子结晶学以及材料科学的交叉学科研究。
一、的意义蛋白质是生命体内最重要的有机分子之一，它们参与了包括酶促反应、免疫防御、传递信息、细胞结构和运动在内的众多生物活动过程。
但直接观察和研究蛋白质分子的结构和性质却是困难的。
因为单个蛋白质分子太小，无法用光学显微镜等传统手段进行观察，而且蛋白质分子的性质又是非常复杂的，需要对其进行进一步的分析。
的主要作用就是将单个蛋白质分子以晶体的形式进行研究和分析。
晶体结构可以让我们很清晰地看到蛋白质分子的三维空间结构，同时还能帮助我们了解蛋白质分子的动力学行为、生物活性以及在疾病中的作用机制等。
二、的基本原理蛋白质分子的结晶是一个复杂的过程，主要包括晶体生长前期的核心形成和后期的晶格完善。
根据这一基本原理，我们可以通过控制蛋白质溶液的物理、化学和结晶条件等方法来促进晶体的形成和生长。
在进行蛋白质结晶实验之前，我们需要先准备好目标蛋白质的样品。
通常情况下，目标蛋白质的纯度需要达到一定标准，才能确保实验的可重复性和准确性。
同时，在样品的制备过程中，需要引入一些辅助试剂（例如缓冲液、离子强度调节剂、沉淀剂等），以控制蛋白质的溶解度和晶体生长速度等参数。
一般而言，蛋白质结晶实验分为三个步骤：筛选结晶条件、晶体识别和晶体优化。
其中，筛选结晶条件是整个实验中最为困难和重要的步骤，它需要在满足一定条件下找到最适合目标蛋白质结晶的物理、化学参数。
晶体识别和晶体优化步骤分别用于确定目标蛋白质的晶体结构和提高晶体的质量和稳定性。
三、的发展历史是一个相对较新的生物学技术，起源于20世纪40年代。
当时，科学家们发现，用X射线穿过蛋白质晶体，可以在屏幕上观察到一组或多组色斑，这些色斑是由于X射线被晶体原子反弹或贯穿而导致的。
这一现象为人们提供了一种全新的方法来研究蛋白质分子的结构和性质。
蛋白质晶体
蛋白质晶体蛋白质是生物体内非常重要的有机化合物之一，也被称为生命的基础分子。
它们在细胞中承担着多种功能，如催化化学反应、传递信号、提供结构支持等。
蛋白质通过折叠成特定的三维结构来实现其功能。
蛋白质晶体是蛋白质结构研究的重要工具，可以提供高分辨率的结构信息。
蛋白质晶体是指将溶解在溶剂中的蛋白质转变为晶体的过程。
在蛋白质晶体中，蛋白质分子按照一定的规则堆积在一起，形成了有序的、重复的结构。
这种有序的结构使得蛋白质晶体可以被用于X射线衍射实验中，从而确定蛋白质的精确结构。
蛋白质晶体的制备是一个复杂而困难的过程。
首先，需要从生物体中纯化蛋白质。
这个过程通常需要多个步骤，包括细胞破裂、离心、色谱层析等。
纯化后的蛋白质需要进行结晶试验，以确定最佳的结晶条件。
结晶试验通常需要调整蛋白质的浓度、pH值、温度等参数，并添加特定的结晶试剂。
在结晶试验中，蛋白质晶体的形成是一个非常关键的步骤。
蛋白质分子需要在溶液中找到合适的位置，并与其他分子形成稳定的结晶核心。
初始的结晶核心会逐渐生长，最终形成完整的晶体。
不同的蛋白质有不同的结晶特性，因此制备蛋白质晶体需要根据具体的蛋白质进行优化和调整。
一旦蛋白质晶体制备成功，就可以进行X射线衍射实验来确定其结构。
X射线衍射实验将蛋白质晶体暴露在高强度的X射线束中，X射线与晶体中的原子相互作用后，通过衍射现象形成一个复杂的衍射图样。
根据这个衍射图样，可以通过数学方法反演出蛋白质的结构信息，包括原子的位置和相互作用。
蛋白质晶体结构的解析对于生物学和药物研发具有重要意义。
通过了解蛋白质的结构，可以揭示其功能和机制，进而为鉴定药物靶点、设计新药物提供重要参考。
例如，许多药物的设计都是基于对目标蛋白质的结构进行模拟和优化得到的。
总之，蛋白质晶体是蛋白质结构研究的重要工具，可以提供高分辨率的结构信息。
蛋白质晶体的制备是一个复杂而困难的过程，需要经过多个步骤和优化。
通过X射线衍射实验，可以确定蛋白质晶体的结构，揭示其功能和机制，对于生物学和药物研发具有重要意义。
蛋白质结晶的条件优化及结构分析
蛋白质结晶的条件优化及结构分析蛋白质是生命体中的重要组成部分，具有极其广泛的生物学功能和生物化学特性，能够发挥比其他生物分子更为复杂和多样化的作用。
对蛋白质结晶的深入研究不仅能够帮助人们更好地了解蛋白质的结构和功能，而且对于新药研发和制药工程的发展也具有重要的作用。
本文将重点探讨蛋白质结晶的条件优化及结构分析相关内容。
一、蛋白质结晶的条件优化蛋白质的结晶是指将蛋白质分子组织成三维晶体的过程。
蛋白质结晶是蛋白质学的一项重要技术，也是蛋白质结构研究的重要手段。
在结晶过程中，选取合适的结晶条件对于获得高质量的结晶体是非常关键的。
以下是一些常用的蛋白质结晶条件优化方法。
（一）缓冲液优化缓冲液的pH值是影响蛋白质结晶的重要因素之一。
因此，为了获得更好的结晶效果，需要选择合适的缓冲液及其浓度、pH值和添加剂等参数进行优化。
在进行缓冲液优化时，需要考虑蛋白质的特性以及溶剂、温度、离子浓度等因素对蛋白质结晶的影响。
（二）添加剂优化添加剂是影响蛋白质结晶的另一个重要因素。
添加剂可以调节结晶溶液中的渗透压、表面张力、水合壳等物理化学参数，从而影响蛋白质结晶的形态和数量。
近年来，很多新型添加剂如多糖、晶核引发剂、表面活性剂等被引入到蛋白质晶体学领域，不仅可以有效改善晶体的质量，同时还可以提高晶体的生长速度和收率。
（三）结晶温度及速率控制蛋白质结晶的生长速度和凝聚程度对结晶质量具有重要影响。
控制结晶温度和速度是影响蛋白质结晶的另一个重要方法。
温度的控制是指设置准确的恒温环境，可以根据蛋白质特性不同，选择适当的结晶温度来进行结晶实验。
速率的控制是指控制晶体的生长速率，可以通过调整晶体生长的过饱和度和晶体生长的物化条件来实现。
二、蛋白质结构分析蛋白质分子的三维结构是其生物学功能的基础，也是药物研发和制药工程的重要依据。
通过蛋白质结晶技术，可以获得高质量的结晶体，从而对蛋白质的结构进行分析和研究，了解其生物学功能和代谢途径。
蛋白纯化结晶的原理
蛋白纯化结晶的原理蛋白纯化结晶是一种常用的生物化学技术，可以将复杂的混合蛋白溶液中的目标蛋白分离出来，并获得高纯度的结晶样品。
蛋白结晶技术在蛋白质结构解析、药物发现等领域发挥着重要作用。
下面将详细介绍蛋白纯化结晶的原理和步骤。
蛋白纯化结晶的原理基于蛋白质溶液中蛋白分子间的相互作用。
在溶液中，蛋白分子通过水合作用和静电相互作用等力学方式组装成悬浮的胶束。
当溶液中的溶质浓度超过饱和度时，即可形成稳定的蛋白晶体。
蛋白纯化结晶的步骤可以分为四个阶段：前处理、结晶条件筛选、结晶生长和收集结晶。
首先是前处理阶段。
这个阶段的目的是将蛋白从其它杂质中分离出来，并保持其稳定性。
通常使用各种蛋白质纯化技术，如柱层析、过滤和离心等方法，在溶液中获得目标蛋白。
接下来是结晶条件筛选阶段。
这个阶段的目的是通过试验不同的结晶条件，筛选出适合目标蛋白结晶的条件。
常用的结晶条件包括温度、pH值、溶液浓度和添加剂等。
将目标蛋白溶液与不同的试剂按一定比例混合，然后在不同的温度和pH条件下进行试验。
通过调整试验条件，找到适合目标蛋白结晶的最佳条件。
然后是结晶生长阶段。
在这个阶段，目标蛋白在结晶试剂的影响下，逐渐从胶束中聚集并排列成晶体。
结晶的生长过程通常需要较长时间，需要人工观察和控制。
为了加速结晶的生长过程，可以通过添加种晶试剂或使用模板等方法来引导结晶。
最后是收集结晶阶段。
当蛋白结晶生长到一定大小后，可以通过过滤、离心等方法将其与溶液分离。
收集到的结晶样品可以进行进一步的分析和研究，如X射线晶体学分析等。
蛋白纯化结晶的成功与否受到许多因素的影响。
首先，目标蛋白的纯度和稳定性对结晶的成功至关重要。
纯度越高，结晶过程越容易进行。
其次，结晶条件的筛选需要经验和技术，不同的蛋白质可能有不同的最佳结晶条件。
此外，溶液的温度、pH值和添加剂等因素也会影响结晶的成功率。
总结起来，蛋白纯化结晶的原理是通过溶液中蛋白分子间的相互作用，通过前处理、结晶条件筛选、结晶生长和收集结晶等步骤，将目标蛋白从混合溶液中分离出来并获得高纯度的结晶样品。
2-3-蛋白质的结晶
用透析的方法来增加样品的盐浓度: 样品溶于水后，装入透析袋中，再将透析袋放入制 好的结晶用的盐溶液中。 内外液的体积比一般为1：10。结晶过程中，有时 要更换外液几次。
缓慢蒸发也可以提高盐浓度。将容器用 parafilm封口，然后在膜上用针开孔、放置、 令其浓缩。
（二）有机溶剂法
有机溶剂脱水作用会使大多数蛋白质的溶 解度降低。其优点是有机溶剂介电常数小， 所以，有机溶剂掺入蛋白质溶液后，使溶液 介电常数下降，导致蛋白质结晶析出。
需要晶种才能形成结晶的蛋白质，一般结晶收 率都不高。结晶条件还受微量杂质，气泡，还原 剂，甚至底物、辅酶、压力、种属来源等因素影 响，必须给予充分重视和考虑。
三、结晶方法
一般来说，能沉淀蛋白质的方法都可用作结 晶方法，常用的方法有下列几种：
（一）盐析法
盐析是通过加盐降低蛋白质溶解度，使其 从溶解状态转变成果饱和状态，于是以结晶 形式从溶液中析出。 结晶用盐有各种无机盐（如硫酸铵），有 机盐（如柠檬酸钠、十六烷基三甲基铵盐） 和各种分子量的聚乙二醇等。
从浓盐溶液中结晶，形成晶核的时间短（几小 时），但结晶生长较慢（数周、数月）。 但也有例外，牛肝过氧化氢酶从盐溶液中形成大 的单晶只需12-24小时。 结晶大小与结晶时间、结晶条件有关。大晶体通 常是在生长较慢的情况下得到的。
（五）pH值
pH不仅影响晶体的大小，也影响晶体的形状。 因为很多蛋白质对pH非常敏感，有时，无定形 沉淀、微晶和大单晶之间的pH差别只有0.2 pH 单位，或者更小，因此，必须选定恰当的缓冲液。 结晶溶液的pH值一般应选择在被结晶蛋白质的 等电点附近，这样有利于结晶的析出。
（六）金属离子和离子强度
离子强度直接蛋白质的溶解度影响。 金属离子有助于蛋白质结晶过程。 有些金属离子（特别是二价的）有促进结晶长 大的作用，如在硫酸铵溶液中的铁蛋白，加入少 量镉离子后能形成菱形结晶。
蛋白质结晶的基本原理与技术路线
蛋白质结晶的基本原理与技术路线蛋白质是生命体中必不可少的物质。
它们参与了生命的各个方面，例如代谢、信号传导、结构支持、运动、抵御病原体等等。
因此，研究蛋白质的结构和功能，对于理解生命以及开发药物等方面都有着非常重要的意义。
而蛋白质结晶则是研究蛋白质结构的关键步骤之一。
本文将从蛋白质结晶的基本原理和技术路线两个方面来探讨这一重要的课题。
一、蛋白质结晶的基本原理蛋白质结晶是将蛋白质分子在水溶液中进行纯化、分析和结构解析的关键步骤。
它是微观世界和宏观世界之间的桥梁，通过静态的晶体来反应蛋白质分子在三维空间中的结构。
蛋白质结晶的基本原理涉及到三个方面：分子的空间对称性，分子的表面亲和性和溶液内物质间的相互作用。
1. 分子的空间对称性在蛋白质分子的构成中，氨基酸是构成蛋白质最基本的元素。
因此，蛋白质的结晶也涉及到氨基酸的结构。
氨基酸分子含有一定的空间对称性，通常是所谓的手性对称性，也称为左旋或右旋。
这种手性对称性会影响氨基酸和蛋白质分子在水溶液中的结构。
2. 分子的表面亲和性在水溶液中，蛋白质分子的表面通常带有一些电荷，这些电荷会影响分子与其它分子的相互作用。
因此，分子的表面亲和性是影响蛋白质结晶的另一个重要原因。
3. 溶液内物质间的相互作用蛋白质结晶是在水溶液中进行的，所以水中的其它物质也会对蛋白质结晶产生影响。
例如，溶液中的钾离子可以与蛋白质分子的氨基酸残基进行离子键结合，从而影响结晶。
二、蛋白质结晶的技术路线蛋白质结晶是一项艰苦的工作。
要想获得高质量的晶体，通常需要经过多个步骤的优化。
下面是一般蛋白质结晶技术的大致流程。
1. 蛋白质纯化首先，需要从生物体的组织或细胞中分离出含有目标蛋白质的组分。
这个步骤通常需要采用多种手段，例如离心、过滤、层析等等。
目的是将目标蛋白质从组织或细胞的其它成分中分离出来，并将其纯化到一定程度。
2. 结晶试剂筛选将目标蛋白质加入到结晶试剂中，通常采用盐类、缓冲液、聚乙二醇（PEG）和脂肪酸等物质来促进结晶。
蛋白质晶体结晶技术优秀文档
基氯硅烷硅化后的玻片或塑料盖玻片。
悬滴法长晶体包括以下四个步骤：
• 第一步, 在作结晶实验之前，最好对蛋 白质样品进行离心， 以除去不溶解的蛋白 和杂质,以减少不必要的成核中心, 此外，对 蛋白质样品进行超滤，也是值得推荐的。
• 第二步, 采用“吹气法”除去培养晶体 用的组织培养板和盖玻片上可能带有的灰 尘。
• 蒸发扩散结晶的另一种形式是坐滴法, 坐滴 中含池液和蛋白溶液各1－2ul。 此方法对 于以下情况非常适用：即使用非离子去垢
剂作为添加剂表面张力较低时；或用聚乙 二醇或乙醇作为沉淀剂 (由于凝结等问题, 悬滴体积趋于增大)时；反向扩散导致液滴 增大时；或结晶条件已确定, 需要大量晶体 时。
• ③液/液扩散结晶又叫自由界面结晶。位于 毛细管中的样品液约10 L 和结晶液由于存 在浓度梯度，而在界面处发生自由扩散， 从而导致蛋白质溶液的过饱和及随后的结 晶。
• 上述方法中步骤2和4目前己可在自动化仪 器中进行, 但是, 绝大部分拥有该仪器的实 验室最终还是乐意采用手工方法。起始的 条件实验常在感兴趣的区域(通常低于沉淀 蛋白所需的浓度)进行，然后再进行实验条 件的优化。一般的,蛋白质晶体生长所需的 硫酸胺等沉淀剂浓度在理想浓度的1%或2% 偏差范围内, 但对于不同分子量的聚乙醇胺 （PEG）则可宽松一些。 晶体在数小时至 数月后出现。 通常，微晶可用作晶种以长 出合用的晶体。
蛋白质结晶的影响因素
• ①结晶蛋白质的纯度。获得高纯度的蛋白 质是对其进行结晶的前提。Lin 等通过采用 FPLC 快速液相色谱系统得到结晶级的蛋白 质，同时发现用此法得到的蛋白质进行结 晶，结晶的可重复性及获得晶体的衍射清 晰度都大大提高。
• ②过饱和度。溶液的过饱和度是蛋白质进 行结晶的驱动力，其本质就是过饱和溶液 的实际溶解度与饱和溶液的溶解度即该蛋 白质的溶解度之间的化学势的差值。过饱 和度的高低决定了结晶过程中成核及晶体 生长的快慢，从而决定了晶体质量的好坏
蛋白结晶结晶方法
蛋白结晶结晶方法蛋白结晶是蛋白质颗粒或晶体的形成过程。
它是一种常用且重要的实验方法，用于研究蛋白质的结构和功能。
接下来，我将详细介绍蛋白结晶的方法。
第一步是蛋白质的纯化。
在进行结晶实验之前，必须先获得高纯度的蛋白质样品。
蛋白质来源可以是细菌、动物或植物细胞中。
纯化过程包括裂解细胞，去除杂质，分离蛋白质等步骤。
常用的纯化技术有离心、超滤、层析等。
第二步是蛋白质的溶解。
蛋白质通常以缓冲溶液为载体溶解。
溶液的pH、离子强度和缓冲剂的种类都会对蛋白质的稳定性和结晶性能产生影响。
因此，选择合适的溶解条件对蛋白质结晶是至关重要的。
第三步是蛋白质结晶条件的优化。
结晶条件包括溶解剂、缓冲剂浓度、pH值、温度、反应时间等因素。
通过系统地改变这些条件，可找到最适合蛋白质结晶的条件。
常用的优化方法有试错法、正交实验等。
第四步是蛋白质结晶的诱导方法。
诱导方法的选择直接影响结晶的结果。
常用的诱导方法有扩散法、凝胶法和重结晶法。
扩散法是将蛋白质样品悬于溶液上方，通过溶液中溶剂的挥发来诱导结晶。
凝胶法是在缓冲溶液中加入聚合物、胶体或凝胶，形成结晶骨架。
重结晶法是将蛋白溶液缓慢地加入含有高浓度结晶剂的溶液中，使蛋白质结晶。
第五步是结晶样品的优化和处理。
结晶获得后，需要经过优化和处理，以提高结晶的质量和适用性。
常用的优化方法有晶体生长温度的优化、晶体晶面优化等。
处理方法包括去除溶剂、锁定晶体、优化晶体形态等。
第六步是结晶样品的检测和分析。
检测和分析结晶样品的性质对于后续的X射线衍射实验和结构解析非常重要。
常用的方法有光学显微镜观察晶体的外观和大小，热差示扫描量热仪测量晶体的热性质等。
总结来说，蛋白结晶是一系列复杂的操作步骤，需要经验丰富的科学家在实验中精确控制各种条件。
蛋白结晶的成功与否往往在于技术的熟练程度和对蛋白质本身特性的了解。
蛋白结晶的方法和技术不断发展，为蛋白质科学研究提供了强有力的工具。
蛋白质的沉淀与结晶
蛋白质的沉淀于结晶摘要：文章重点阐述了关于蛋白质分离纯化中的沉淀与结晶这两种方法。
通过分别对这两种方法的概念、原理以及操作的中的一些注意事项的阐述，使蛋白质分离工作者可以有一个较全面的参考。
关键词：蛋白质沉淀结晶1.沉淀沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出的过程。
沉淀技术操作简便，成本低廉，不仅用于实验室中，也用于某些生产目的的制备过程，是分离纯化生物大分子，特别是制备蛋白质和酶时最常用的方法。
通过沉淀，将目的生物大分子转入固相沉淀或留在液相，而与杂质得到初步的分离。
沉淀的基本原理是根据不同物质在溶剂中的溶解度不同而达到分离的目的，不同溶解度的产生是由于溶质分子之间及溶质与溶剂分子之间亲和力的差异而引起的，溶解度的大小与溶质和溶剂的化学性质及结构有关，溶剂组分的改变或加入某些沉淀剂以及改变溶液的pH值、离子强度和极性都会使溶质的溶解度产生明显的改变。
下面介绍几种蛋白质沉淀的方法：1.1.中性盐沉淀中性盐沉淀是在溶液中加入中性盐使生物大分子沉淀析出的过程，称为“盐析”。
除了蛋白质和酶以外，多肽、多糖和核酸等都可以用盐析法进行沉淀分离，20％～40％饱和度的硫酸铵可以使许多病毒沉淀，43％饱和度的硫酸铵可以使DNA和rRNA沉淀，而tRNA保留在上清。
盐析法应用最广的还是在蛋白质领域，已有八十多年的历史，其突出的优点是：成本低，不需要特别昂贵的设备；操作简单、安全；对许多生物活性物质具有稳定作用。
1.1.1.中性盐沉淀蛋白质的基本原理蛋白质和酶均易溶于水，因为该分子的－COOH、－NH2和－OH 都是亲水基团，这些基团与极性水分子相互作用形成水化层，包围于蛋白质分子周围形成1nm～100nm 颗粒的亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度也越大。
亲水胶体在水中的稳定因素有两个：即电荷和水膜。
因为中性盐的亲水性大于蛋白质和酶分子的亲水性，所以加入大量中性盐后，夺走了水分子，破坏了水膜，暴露出疏水区域，同时又中和了电荷，破坏了亲水胶体，蛋白质分子即形成沉淀。
蛋白质结晶方法大总结
蛋白质结晶方法大总结1.1结晶方法(Crystallization Techniques)1.1.1 分批结晶(Batch Crystallization) 这是最老的最简单的结晶方法，其原理是同步地在蛋白质溶液中加入沉淀剂，立即使溶液达到一个高过饱和状态。
幸运的话，不需进一步处理即可在过饱和溶液中逐渐长出晶体。
一个用于微分批结晶的自动化系统已被Chayen等人设计出（1991，1992），其微分批方法中，他们在1-2μl包含蛋白质和沉淀剂的液滴中生长晶体。
液滴被悬浮在油（如石蜡）中，油的作用是作为封层以防止蒸发，它并不干扰普通沉淀剂，但是干扰能溶解油的有机溶剂(Chayen, 1997; see also Chayen, 1998)。
1.1.2 液-液扩散(Liquid–Liquid Diffusion) 这种方法中，蛋白质溶液和含有沉淀剂的溶液是彼此分层在一个有小孔的毛细管中，一个测熔点用的毛细管一般即可（如图1.2）。
下层是密度大的溶液，例如浓硫酸铵或PEG溶液。
如果有机溶剂如MPD被用作沉淀剂，它会在上层。
以1：1混合，沉淀剂的浓度应该是所期最终浓度的二倍。
两种溶液（各自约5μl）通过注射器针头导入毛细管，先导入下层的。
通过一个简易的摇摆式离心机去除气泡。
再加入上层，进而两层之间形成一个明显的界面，它们会逐渐彼此扩散。
Garc´?a-Ruiz and Moreno（1994）已经发展液-液扩散技术至针刺法。
蛋白质溶液通过毛细力被吸入狭窄的管中，管的一端是封闭的。
接着，开放端被插入置于小容器的凝胶中，凝胶使得管竖直，蛋白质溶液与凝胶接触。
含有沉淀剂的溶液被倒在凝胶上，整个装置被保存于封闭的盒子以防蒸发。
沉淀剂通过凝胶和毛细管的扩散时间可以由毛细管插入凝胶的深度控制，从而蛋白质溶液中即可形成过饱和区域，毛细管底部高而顶部低。
这也可作为一个筛选最佳结晶条件的额外信息。
1.1.3 蒸气扩散（Vapor Diffusion）1.1.3.1 悬滴法（The Hanging Drop Method）这种方法中，在一个硅化的显微镜盖玻片上通过混合3-10μl蛋白质溶液和等量的沉淀剂溶液来制备液滴。
蛋白质结晶方法大总结
蛋白质结晶方法大总结1.1结晶方法(Crystallization Techniques)1.1.1 分批结晶(Batch Crystallization) 这是最老的最简单的结晶方法，其原理是同步地在蛋白质溶液中加入沉淀剂，立即使溶液达到一个高过饱和状态。
幸运的话，不需进一步处理即可在过饱和溶液中逐渐长出晶体。
一个用于微分批结晶的自动化系统已被Chayen等人设计出（1991，1992），其微分批方法中，他们在1-2μl包含蛋白质和沉淀剂的液滴中生长晶体。
液滴被悬浮在油（如石蜡）中，油的作用是作为封层以防止蒸发，它并不干扰普通沉淀剂，但是干扰能溶解油的有机溶剂(Chayen, 1997; see also Chayen, 1998)。
1.1.2 液-液扩散(Liquid–Liquid Diffusion) 这种方法中，蛋白质溶液和含有沉淀剂的溶液是彼此分层在一个有小孔的毛细管中，一个测熔点用的毛细管一般即可（如图1.2）。
下层是密度大的溶液，例如浓硫酸铵或PEG溶液。
如果有机溶剂如MPD被用作沉淀剂，它会在上层。
以1：1混合，沉淀剂的浓度应该是所期最终浓度的二倍。
两种溶液（各自约5μl）通过注射器针头导入毛细管，先导入下层的。
通过一个简易的摇摆式离心机去除气泡。
再加入上层，进而两层之间形成一个明显的界面，它们会逐渐彼此扩散。
Garc´?a-Ruiz and Moreno（1994）已经发展液-液扩散技术至针刺法。
蛋白质溶液通过毛细力被吸入狭窄的管中，管的一端是封闭的。
接着，开放端被插入置于小容器的凝胶中，凝胶使得管竖直，蛋白质溶液与凝胶接触。
含有沉淀剂的溶液被倒在凝胶上，整个装置被保存于封闭的盒子以防蒸发。
沉淀剂通过凝胶和毛细管的扩散时间可以由毛细管插入凝胶的深度控制，从而蛋白质溶液中即可形成过饱和区域，毛细管底部高而顶部低。
这也可作为一个筛选最佳结晶条件的额外信息。
1.1.3 蒸气扩散（Vapor Diffusion）1.1.3.1 悬滴法（The Hanging Drop Method）这种方法中，在一个硅化的显微镜盖玻片上通过混合3-10μl蛋白质溶液和等量的沉淀剂溶液来制备液滴。
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蛋白质结晶方法大总结1.1结晶方法(Crystallization Techniques)1.1.1 分批结晶(Batch Crystallization) 这是最老的最简单的结晶方法，其原理是同步地在蛋白质溶液中加入沉淀剂，立即使溶液达到一个高过饱和状态。
幸运的话，不需进一步处理即可在过饱和溶液中逐渐长出晶体。
一个用于微分批结晶的自动化系统已被Chayen等人设计出（1991，1992），其微分批方法中，他们在1-2μl包含蛋白质和沉淀剂的液滴中生长晶体。
液滴被悬浮在油（如石蜡）中，油的作用是作为封层以防止蒸发，它并不干扰普通沉淀剂，但是干扰能溶解油的有机溶剂(Chayen, 1997; see also Chayen, 1998)。
1.1.2 液-液扩散(Liquid–Liquid Diffusion) 这种方法中，蛋白质溶液和含有沉淀剂的溶液是彼此分层在一个有小孔的毛细管中，一个测熔点用的毛细管一般即可（如图1.2）。
下层是密度大的溶液，例如浓硫酸铵或PEG溶液。
如果有机溶剂如MPD被用作沉淀剂，它会在上层。
以1：1混合，沉淀剂的浓度应该是所期最终浓度的二倍。
两种溶液（各自约5μl）通过注射器针头导入毛细管，先导入下层的。
通过一个简易的摇摆式离心机去除气泡。
再加入上层，进而两层之间形成一个明显的界面，它们会逐渐彼此扩散。
Garc´?a-Ruiz and Moreno（1994）已经发展液-液扩散技术至针刺法。
蛋白质溶液通过毛细力被吸入狭窄的管中，管的一端是封闭的。
接着，开放端被插入置于小容器的凝胶中，凝胶使得管竖直，蛋白质溶液与凝胶接触。
含有沉淀剂的溶液被倒在凝胶上，整个装置被保存于封闭的盒子以防蒸发。
沉淀剂通过凝胶和毛细管的扩散时间可以由毛细管插入凝胶的深度控制，从而蛋白质溶液中即可形成过饱和区域，毛细管底部高而顶部低。
这也可作为一个筛选最佳结晶条件的额外信息。
1.1.3 蒸气扩散（Vapor Diffusion）1.1.3.1 悬滴法（The Hanging Drop Method）这种方法中，在一个硅化的显微镜盖玻片上通过混合3-10μl蛋白质溶液和等量的沉淀剂溶液来制备液滴。
盖玻片置于一个盘子的凹槽之上，凹槽的一部分填有所需的沉淀剂溶液约1ml。
在盖玻片放好之前，小室的凹槽周围用油或油脂密封（如图3）。
1.1.3.2 沉滴法（The Sitting Drop Method）在悬滴法中，如果蛋白质溶液表面张力很小就会在盖玻片表面展开。
此时，沉滴法更有利，图4给出了沉滴法的简图。
1.1.4 透析法（Dialysis）除了上述使得蛋白质结晶的方法，还有许多透析技术。
透析的优点是沉淀溶液容易改变，对于适量的蛋白质溶液（多于0.1ml），可用透析管完成（如图1.5a）。
透析膜通过橡皮圈连在管子上，但在使用前要用水大量漂洗或最好在水中煮约10min。
对微升量的蛋白质溶液而言，可以使用覆有透析膜的厚壁微毛细管（Zeppezauer method）或者树脂玻璃纽扣（如图1.5b）。
纽扣的缺点是纽扣中的蛋白质晶体不能通过极化显微镜观察到。
另一中微透析方法在图1.6中有描述，将5μl蛋白质溶液注射到一个毛细管中，毛细管覆有透析膜，膜可用塑料管套紧。
对蛋白质溶液进行简单离心，然后用铸模粘土将毛细管封闭，接着将毛细管放入含有透析液的Eppendorf管中。
机遇造就第一个膜蛋白晶体结构的解析1988年诺贝尔化学奖被授予三位德国科学家，他们分别是哈特穆特·米歇尔（Hartmut Michel）、约翰·戴森霍弗（Johann Deisenhofer）和罗伯特·休伯（Robert Huber），以表彰他们对膜蛋白结构生物学的巨大贡献。
这三个人通力合作，在世界上首次解析了一种膜蛋白——紫细菌光合反应中心的高分辨率三维结构。
紫细菌光合反应中心三维结构的解析，拉开了膜蛋白结构生物学的序幕，在生物学界影响非常大。
然而，在这样一个获诺贝尔化学奖的重大研究成果背后，却隐藏着一段不为人知的故事，其中就包涵了“抓住机遇发现科学事实”的科学方法论。
蛋白质是构成生物体的最基本物质之一，它在生物体的各种生命活动中扮演着极其重要的角色，如催化体内几乎全部反应的酶。
在所有蛋白质中，膜蛋白的作用更为重要。
膜蛋白位于细胞的膜系统上，充当很多角色，比如细胞膜上用来接受胞外信号的受体，以及用来转运离子和分子的离子通道和转运体。
为了解释蛋白质的具体作用机制，就必须在原子分辨率水平观察到蛋白质的三维结构，以及蛋白质和与其相互作用的分子形成的复合物的结构。
这要用到一种叫做X射线晶体学的方法。
据统计，X射线晶体学已造就了十多个诺贝尔奖。
使用这种方法的前提是得到所研究对象的高质量单晶，若要解析某个蛋白质的结构，就首先要生长出目标蛋白的单晶。
这对于一般的胞内可溶性蛋白来说，似乎不是那么难。
1962年，两位英国科学家约翰·考德里·肯德鲁（John Cowdery Kendrew）和马科斯·斐迪南·佩鲁兹（Max Ferdinand Perutz）因对肌红蛋白结构的研究而被授予当年的诺贝尔化学奖。
这里说到的肌红蛋白是一种胞内可溶性蛋白，而不是膜蛋白。
可溶性蛋白的结晶虽然已经实现，但是这对膜蛋白来说还不能实现。
由于膜蛋白具有很强的疏水性，在溶液中是难溶的，因此想要得到膜蛋白的晶体在当时被认为是不可能的，这一点已经写进了当时的权威教科书。
首次成功得到膜蛋白的晶体源于哈特穆特·米歇尔的一次偶然发现。
米歇尔于1948年出生在德国符腾堡州的路德维希堡。
大学毕业后，他在图宾根马普研究所的迪特尔·奥斯蒂希特（Dieter Oesterhelt）实验室做关于盐杆菌的研究。
当时，奥斯蒂希特与他人合作在盐杆菌中发现了菌紫红质，后来他提出菌紫红质可看作皮特·米切尔（Peter Mitchell,1978年诺贝尔化学奖获得者）的化学渗透理论框架中的光驱动的质子泵。
米歇尔于1977年在维尔茨堡马普研究所取得博士学位后，作为课题的延续，他打算将脱脂的菌紫红质与细菌囊泡进行融合，以实现光驱动的氨基酸摄入。
当样品在冰箱里贮存期间，米歇尔偶然发现脱脂的菌紫红质形成了固态的玻璃状聚集体。
基于这个发现，他确信应该可以生长出像菌紫红质这样的膜蛋白的晶体，虽然这在当时被认为是不可能的。
米歇尔关于结晶菌紫红质的想法得到了他的导师奥斯蒂希特的鼓励和支持，于是实验正式启动。
四周后，米歇尔就得到了菌紫红质的二维晶体，但不是他所想要的用来做X射线衍射实验的三维晶体。
功夫不负有心人，终于在1979年4月，米歇尔得到了第一个真正的菌紫红质三维晶体。
于是，他取消了去美国攻读博士后的计划，把全部精力投在了继续生长菌紫红质晶体上。
虽然得到了菌紫红质的三维晶体，但是当米歇尔进行X射线衍射实验时，发现该晶体内部堆积混乱，而且晶体又小，不足以进行结构分析。
此外，由于当时德国没有X射线衍射仪，他只能去英国剑桥去试晶体。
在剑桥，很多晶体学家则要做关于可溶性蛋白晶体的X射线衍射实验，所以即使米歇尔去了英国，也几乎没有机会能用上X射线衍射仪。
然而，他没有浪费时间，而是在这段时间对菌紫红质的晶体进行了优化。
后来，米歇尔回到德国，他所在实验室的主任罗伯特·休伯决定购买一台X射线衍射仪以满足米歇尔的实验需要，可惜的是菌紫红质的晶体质量一直没能提高。
尽管遭受重大挫折，但是米歇尔根据他最初的观察和分析，坚信自己一定能长出高质量的膜蛋白单晶。
于是，他尝试去结晶别的膜蛋白，其中最有希望的膜蛋白——紫细菌光合反应中心被成功结晶了，而且衍射质量非常好，这是在1981年9月。
在X射线衍射仪上收集了大量数据后，米歇尔就开始了结构分析工作。
后来，约翰·戴森霍弗也加入到了这个课题研究中来。
最终，他们成功解析了紫细菌光合反应中心的三维结构，分辨率为3埃，文章发表于1985年Nature 杂志上。
仅仅三年后，米歇尔、戴森霍弗和休伯就被授予1988年诺贝尔化学奖，这不能不说是一个奇迹，因为获得诺贝尔奖的成果大多是要经过十年以上的等待后才被授予诺贝尔奖的。
米歇尔获诺贝尔奖时只有40岁，这在诺贝尔化学奖获得者中是相当年轻的。
米歇尔不仅是解析第一个膜蛋白三维结构的最大贡献者，还是后来膜蛋白结晶技术发展过程中抗体片段介导的膜蛋白结晶法的发明者。
由米歇尔等三位诺贝尔化学奖获得者开启的膜蛋白结构生物学现在已经非常热门。
2003年诺贝尔化学奖再一次被授予解析细胞膜上的钾离子通道和水通道的两位美国科学家——罗德里克·麦金农（Roderick Mackinnon）和皮特·阿格雷（Peter Agre）。
回顾米歇尔成功结晶第一个膜蛋白的历程，1977年的那次偶然发现是至关重要的。
如果当时他没有仔细观察，或者观察到了却没当作一回事，那么他也就不会去尝试结晶膜蛋白了，更不会获得诺贝尔奖了。
正是由于他抓住了那次机遇，进行了认真分析后，坚信自己一定能生长出当时被认为不可能的膜蛋白晶体。
于是，他那样做了，他打破常规的创新想法受到了导师的大力支持，最终他成功了！像这样的例子还有很多，比如日本科学家白川英树发现导电塑料，华裔科学家钱永健发明钙染料等。
无数科学研究上的成功案例告诉我们：一定要抓住机遇发现科学事实！同时，必须记住：机遇只偏爱有准备的头脑。
在科研过程中，我们应该随时准备着去发现，去思考，去探索！诺贝尔化学奖之核糖体的精细复杂的晶体结构真的没有想到今年的诺贝尔化学奖会颁给核糖体的结构研究，不过还是非常兴奋的，因为本人亦在从事通过X射线晶体学解析蛋白质结构领域的研究。
曾经就觉得解析核糖体（由大、小两个亚基构成）的晶体结构的文章很不平凡，因为报道大亚基结构的文章在Science上撰写了16页（普通文章4页左右）；刚查到报道小亚基结构的文章亦在Nature上撰写了13页（普通文章6页左右）。
这两篇文章以及另一篇解析核糖体小亚基的文章都发表于2000年，也就是说短短过了9年，三位负责人就获得了诺贝尔奖。
当然这里说短短其实已经非常长了（原因下一篇再谈，呵呵）。
接下来，就来看看他们三位的绝世文章及里面的精美图片吧！蛋白质结晶系列之一（自译）1.蛋白质结晶（Crystallizing a Protein）1.1引言（Introduction）当别人在谈论傅立叶和帕特森，或者分子置换及分子动力学改良时，新到蛋白质X射线晶体学实验室的同学们可能会迷惑。
然而，他们立即会明白要想确定蛋白质的结构，首先必须生长出合适的晶体。
没有晶体，便谈不上用X射线确定蛋白质结构。
这一章，我们讨论蛋白质晶体生长的原理。
作为实践，我们将给出结晶溶菌酶的方法。