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研究人员确定海绵中玻璃蛋白的结构

2020-11-27 16:21:56 网络
玻璃蛋白

 

顾名思义,玻璃海绵具有由玻璃制成的骨架,该骨架由玻璃针,钩,星星和球体组成。为了实现这种独特的架构,他们必须操纵无序玻璃的形状以形成高度规则和对称的元素。这些玻璃元件内部的通道中存在由称为硅酸盐的蛋白质制成的细结晶纤维。众所周知,硅酸盐晶体负责海绵中的玻璃合成和玻璃骨架的成型。但是,直到现在,人们仍在努力确定这种蛋白质的3D结构,描述其如何组装成晶体,以及如何形成玻璃骨架的方法仍未成功。主要是因为没有人能够在实验室中复制这些晶体。

德累斯顿工业大学分子生物学工程中心B CUBE的Igor Zlotnikov博士领导的一组研究人员尝试了一种不同寻常的方法。研究人员决定从海绵骨架中拿出玻璃针来分析内部已经存在的微小晶体,而不是在实验室中生产硅酸盐并尝试获取实验室生长的晶体来研究结构。

兹洛特尼科夫小组与德累斯顿先进电子技术中心德累斯顿纳米分析中心(DCN)的研究人员一起使用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)仔细观察了装在玻璃针中的硅酸盐晶体。“我们观察到了异常有序且同时复杂的结构。分析样本后我们发现它是有机和无机物的混合物。这意味着蛋白质和玻璃都形成了混合的上层结构,从而以某种方式塑造了海绵的骨架。 ”,兹洛特尼科夫博士解释说。

获得蛋白质3D结构的传统方法是将其晶体暴露在X射线束中。每个蛋白质晶体以不同的方式散射X射线,从而提供其内部布置的独特快照。通过旋转晶体并从多个角度收集此类快照,研究人员可以使用计算方法确定3D蛋白质结构。这种方法被广泛使用,并且是现代结构生物学的基础。它适用于至少10微米大小的晶体。但是,兹洛特尼科夫小组希望分析的硅酸盐晶体大约小10倍。当暴露于X射线时,它们几乎立即被损坏,从而无法从多个角度收集完整的快照数据集。

在PSI瑞士光源(SLS)团队的支持下,研究人员使用了一种称为串行晶体学的新兴方法。参与这项研究的PSI射线束科学家Filip Leonarski说:“您可以合并来自许多晶体的衍射图像。使用传统方法拍摄电影。使用新方法,您将获得许多快照,然后将它们组合起来以解密结构。” 每个快照都是在微小晶体的不同部分拍摄的,甚至是在不同晶体上拍摄的。

研究人员总共从90个玻璃针中以完全随机的方向收集了3500多个单独的X射线衍射快照。

兹洛特尼科夫博士说:“在这项研究之前,基于与其他蛋白质的相似性假设了硅酸盐的结构。” 使用新获得的硅酸盐3D结构,研究人员能够了解其在海绵玻璃骨架内部的组装和功能。他们建立了玻璃针内上部结构的计算模型,并解释了通过HRTEM获得的蛋白质-玻璃上部结构的初始复杂图像。“我们提供了有关活生物体中功能性3D蛋白质-玻璃超结构的存在的详细信息。实际上,我们所描述的是第一个已知的天然存在的混合矿物质-蛋白质晶体组装体。”

发布:xiuyue

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