图片来源:Gianmix / Shutterstock.com
亚利桑那州立大学研究人员佩特拉·弗洛姆(Petra Fromme)被授予2021年克里斯蒂安·b·安芬森奖，以表彰她在蛋白质研究领域的贡献。她已经开发出超高速x射线晶体学来研究细颗粒蛋白质结构和最短时间的持续时间。在这里，我们将讨论Fromme的工作是如何推动蛋白质研究领域向前发展的。
Fromme的努力在两个关键领域推动了科学领域的发展:简化一系列人类疾病的药物开发，以及替代能源。
在她的最新研究中，Fromme和她的合作者，包括来自生物学、化学、数据科学、工程学、材料科学和物理学等不同学科的专家，建立了一种前沿的系列飞秒晶体学(SFX)方法。亚博网站下载亚博老虎机网登录利用其创新的方法，该团队以前所未有的细节水平可视化分子的行动。这一研究成果为蛋白质结构生物学领域，特别是光合作用领域的研究做出了重要贡献。
进一步蛋白质研究的重要性
蛋白质对细胞的功能是至关重要的。因此，更多地了解它们的结构有助于揭示它们在分子水平上的功能和动力学的基本信息。
相比之下，DNA以字母的形式提供信息，这些字母为20种不同的氨基酸和蛋白质编码。一个单一的蛋白质可以折叠成几乎无穷无尽的三维构型，从而影响它们与其他分子的相互作用，并最终影响它们的功能。
收集有关蛋白质结构的丰富数据有可能加深我们对蛋白质在我们体内作用的认识。这一知识对制药行业来说是无价的，因为它可以帮助化合物作为候选药物靶点，加快开发过程，并为广泛的疾病创造新的治疗药物。
可视化蛋白质
x射线晶体学是可视化蛋白质结构最依赖和最强大的技术之一。它涉及到样品的结晶，然后将其引入一束入射x射线中。
当x射线波与样品接触时，光就会发生衍射，而衍射光的图案就会被探测器屏幕捕捉到。然后，通过在所有可能的方向上检查样本，就会产生极其详细的蛋白质三维图像。通过这种方法，研究人员以一种增强了他们对生物分子功能和动力学理解的方式来研究生物分子。
然而，这种方法并非没有缺点。当暴露在x射线下的分子由于相互作用而被破坏时，结晶的方法就起到了减缓这一过程的作用。不幸的是，这意味着只能获得静态图片。Fromme和她的团队开发了一种新的x射线晶体学来克服这一限制。Fromme的新方法被称为系列飞秒晶体学(SFX)，它将纳米晶体暴露于x射线自由电子激光器(XFELs)产生的极短的x射线脉冲(以飞秒计)中。
由于x射线光脉冲在飞秒内发生，它们可以在结晶样品被破坏之前产生衍射图案，这种技术称为”衍射之前破坏”。通过这种方法，科学家们可以在室温下研究蛋白质结构，并制作分子膜，这一领域发生了革命性的变化。
通过他们新的创新技术，Fromme和她的合作者能够制作出世界上第一个分子快照，展示了BlaC(一种对抗生素耐药性至关重要的酶)和细胞色素c氧化酶(呼吸的基础)的功能。该团队还发现了许多重要蛋白质的详细结构，如Flpp3(导致导致土拉菌病的毁灭性影响)、血管紧张素II(对调节血压至关重要)和DIPP-NH2(在疼痛通路中具有基本作用)。
很有可能SFX技术将继续揭示更多重要蛋白质结构的重要信息。Fromme相信，她的团队的工作将对新型药物的开发产生重大影响，因为它将让科学家看到药物靶点的活跃状态，这将提供更多关于药物功能的细节。
Fromme还认为，这项工作将对清洁能源系统的发展产生重大影响。她强调，这项技术可以帮助人们更深入地了解植物是如何从光源中产生能量的，这些信息对于开发利用可再生能源(太阳能)产生清洁能源的高效人工系统至关重要。最终，考虑到蛋白质在广泛功能上的巨大重要性，SFX可以通过几乎无限种方式造福科学领域。
参考资料及进一步阅读
弗洛姆在x射线晶体学方面的开创性努力获得了享有盛誉的安芬森奖。ASU新闻。可以在:https://news.asu.edu/20210412-frommes-pioneering-efforts-x-ray-crystallography-honored-prestigious-anfinsen-award
Gisriel C.， Fromme, P. and Martin-Garcia, J.， 2020。粘液瘤病毒M-T7蛋白的结晶和结构测定方法。分子生物学方法观念- 162。https://asu.pure.elsevier.com/en/publications/methods-for-crystallization-and-structural-determination-of-m-t7-
Pandey, S。et al。2019.欧洲XFEL时间分辨系列飞秒晶体学。自然方法17 (1) pp.73 - 78。https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31740816/
免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站之使用。