蛋白質立體結構（protein structure）的解析–下

蛋白質立體結構（protein structure）的解析–下
台北市立成功高級中學生物科洪敬承老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

接下來要利用蛋白質晶體來解析三級結構，在光學顯微鏡下先檢測晶體的形狀及品質是否合格，如果結晶水準達到一定標準，則將樣品放置於於探針末端混有甘油（一般會使用甘油，但是不同的蛋白質晶體，需要的化合物也不盡相同）的緩衝液中，高壓噴上氣態的低溫液態氮，將X光集結成束開始進行X光繞射，加入甘油是避免蛋白質在如此低溫的條件下形成冰晶的雜訊，且液態氮的低溫可保護晶體在X光的照射下，不至於被破壞並促使X光的光束更為集中。因為純度高的結晶蛋白質會依一定的順序堆疊成結晶，所以X光的光子打在固定角度的蛋白質上時，會依特定方向折射於儀器末端的感光影片上，於是在底片上形成黑點。晶體品質越高和大小越大則晶體堆疊越好，黑點顏色將會越深，代表光子折射於感光器底片上的數目較高。蛋白質的角度 “一度” 進行X光顯影的時間約在40分甚至一小時以上，時間長短取決於特定的蛋白質晶體和光束的強弱，此時間是一般實驗室等級規模的X-ray機器。立體結構完成水平面90度的X光繞射通常需要3天以上，由於蛋白質常擁有特定形式的對稱性，所以以90度旋轉蛋白質所得的X光繞射資料，再以電腦模擬即可得到360度的蛋白質電子分佈圖。由於蛋白質堆疊形式有很多可能，不同的蛋白質，有不同的堆疊狀況，所以有的蛋白質晶體需要收集120度、150度、180度、360 度，完全取決當時蛋白質晶體的堆疊狀況。

由蛋白質電子分佈圖配合已知該蛋白的胺基酸序列可推出三級結構，由於不同的原子有其不同的電子分佈密度，在以X光繞射後，電腦可模擬出三維的電子分佈圖，得此圖後依每種胺基酸的形狀將胺基酸結構插入電腦之電子分佈圖，即得該蛋白質的立體結構，此時可依蛋白質中的胺基酸位置推出二級結構，如α螺旋或β折板結構。之後再利用數學程式去檢測該蛋白質的三維結構是否正確，如果正確，那此蛋白質三維結構圖即可為此種蛋白質的立體結構。

蛋白質立體結構的應用包括，解出一蛋白質的立體結構之後，便可檢測該蛋白質的活性部位，據此可以了解如何從事蛋白質工程以提升或改變其活性；如果此蛋白質是具有致病力的病菌蛋白質，或是會導致癌症的發生的蛋白質，那利用蛋白質的立體結構，可以設計出有效的抑制劑，這便是價值所在囉。

參考文獻：
維基百科-蛋白質結構：http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure