溶菌酶晶体及其交联技术的研究进展

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1、8生物学通报2012年第47卷第7期溶菌酶晶体及其交联技术的研究进展*古丽米娜1，2姚建曦1，2（1华北电力大学可再生能源学院北京1022062新能源电力系统国家重点实验室北京102206）摘要在结晶蛋白中，溶菌酶成为一种典范，是一种模型蛋白。在不同的环境中，通过调变各项反应条件，可以实现对不同晶系溶菌酶晶体形貌、结构的控制并进行最优化，然后对其进行交联，讨论其反应机理。所采用的方法还能扩展到其他类型蛋白质晶体中，为设计和制备具有优良应用性能的不同形貌的蛋白晶体及交联晶体材料奠定基础，必将大大促进蛋白晶体材料在我国生物材

2、料应用方面的研究。关键词溶菌酶交联结晶晶系中国图书分类号：Q814文献标识码：A分子筛、活性碳、氧化铝等多孔材料是化学、体，其生物活性、化学稳定性等各不相同。因此，材料领域的研究热点之一。良好的多孔结构、形貌可利用其表现出来的不同性质，根据其优点，进一及反应活性使它们在催化、吸附、分离等方面具有步对其合成方法进行控制、优化，最后进行交联，较好的应用。然而，随着材料学、生物等领域的发从而扩大其在生物、材料、医学等领域的应用。展，这些多孔材料不能完全满足现在的需求，主要原因在于：它们的孔径和比表面积由于较高的水热稳定性而不易

3、调控；孔道有限的结构形式（如六方、立方等）也限定了其应用范围；大多回收再利用困难，循环使用周期短。而蛋白晶体的出现，则为多孔材料在材料学、生物学领域的进一步发展提供了一种新的选择。与其他多孔材料一样，蛋白晶体也具有三维图1四方晶型溶菌酶晶体的一个晶胞（a），溶菌酶晶体中主要有序孔道结构，且这种结构占据了其体积约的生物纳米孔及贯穿晶体的溶剂孔道（b）30％～65%的部分，从而使其孔体积及比表面积（图片来自Brookhaven蛋白质数据库）大大增加，与其他多孔材料相比毫不逊色［1，2］（如1溶菌酶的性质及其研究概况图1所示）

4、。由于蛋白晶体的形貌、孔结构及比表在历史上，第1个被发现的蛋白质即为溶菌面积由蛋白质的种类、来源及结晶条件等决定，因酶。其在各种植物组织及微生物、动物的分泌物中此较容易进行设计与调控，从而获得更多样的表存在，并且在新鲜鸡蛋清中含量最高。1946年，四面形貌和孔道结构；蛋白晶体为较大的颗粒材料，方晶系蛋清溶菌酶单晶首次由Alderton获得，随因此易回收利用，循环使用周期长；其对称性及活后其结晶条件被继续深入研究。到20世纪80年性也非常高，尤其在催化、光学、传感器等方面能代初时，人们已经对溶菌酶结晶与温度、pH值、够获得

5、更优异的性能［3，4］。目前，在各种蛋白质中，NaCl浓度等反应条件之间的关系有了一个初步由于溶菌酶晶体易结晶，并且在不同反应条件下的较完整的研究结果。然而，溶菌酶结晶目前仍属可以对其调控获得人们所需要晶系的晶体而更加于科学研究者非常感兴趣的领域，被越来越广泛受到研究者们的广泛重视。不同晶系的溶菌酶晶地研究。*基金项目：国家自然科学基金项目（51102092，51072051，20876040），中央高校基本科研业务专项资金项目（11QG24），高等学校博士学科点专项科研基金（20110036120002）2012年第4

6、7卷第7期生物学通报92溶菌酶的结晶由上所述，不同晶系溶菌酶晶体的形成，是由近年来，对溶菌酶晶体的研究主要集中在对于结晶过程中所采用的蛋白质和沉淀剂浓度及其晶体不同形貌、结构的控制合成，并对结晶方法、他反应条件的不同，对成核过程及成核速度产生条件、机理及其表征手段进行优化等方面。过去所了不同的影响。采用的结晶方法有很多种，主要为扩散结晶（包括蒸发扩散结晶、液-液扩散结晶等）、透析结晶以及批量结晶等［5］。目前，人们又通过借鉴合成化学材料的方法来结晶蛋白晶体，诸如溶剂热法、水热法、升华结晶［6］以及膜结晶［7］等。2002

7、年，Curcio等［8］分别采用渗透膜法和静态膜结晶法，利用不同浓度NaCl溶液为沉淀剂，通过调节pH值，制得了溶菌酶晶体。2004年，戴等［9］利用液-液扩散法结晶溶菌酶晶体，通过动态光散射法证明NaCl溶液浓度较高时得到晶体质量较差，而NaCl溶液图3四方晶系溶菌酶晶体中的晶胞、溶剂孔道及其生长方向浓度较适宜时晶体质量较高。（图片来自Brookhaven蛋白质数据库）晶体的生长是由非晶相到晶相的一个转变，3结晶过程中的影响因素这个过程主要是过饱和度在发挥作用。一般情况由于蛋白质极易受外界干扰，因此其结晶过下，在溶液中

8、首先形成晶核，再通过调变各项反应程中的影响因素非常多。即使忽略外界因素的干条件得到不同形貌、结构的晶体。因此溶液必须达扰，采取不同的生长方法，或同一生长方法中处于到过饱和，由过饱和度驱动相变，使溶质由液相转不同的结晶环境也都会影响晶体的结晶过程。因变为晶相，最终获得晶体。溶菌酶晶体与其他蛋白此，蛋白晶体的生长是一个复