【摘要】 研究人员发现，成核引发剂的类型和浓度决定了蛋白质分子成核的途径。

成核是晶化形成的初始阶段，在这个过程中，单个构件(例如原子和分子)组装成各种晶体结构，或称“多晶体”多晶体由于其结构的多样性，通常表现出不同的物理化学性质，因此是展示“结构-功能”关系的合适平台。因此，了解导致不同多态性的成核和晶化机制是至关重要的。现在，通过使用冷冻透射电子显微镜检查法(cryo-TEM) ，一组来自法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学国家研究中心的研究人员——荷兰埃因霍温技术大学和比利时布鲁塞尔自由大学——直接观察了蛋白质葡萄糖异构酶如何以不同的多态形式成核。

 

“观察晶化形成过程最难以捉摸的时刻之一是成核阶段，也就是细胞核或晶体胚形成的时候,”作者说。为了研究葡萄糖异构酶的成核过程，他们在成核过程中以不同的时间间隔对含有蛋白质分子和成核引发剂的溶液进行快速冻结。这一过程停止了成核，并允许使用最先进的低温透射电镜对所得晶体结构的形态进行直接成像。

 

研究人员发现，成核引发剂的类型和浓度决定了蛋白质分子成核的途径。在用1.5 m 混合硫酸铵处理异构酶20秒后，前者组装成约1.7 nm 宽度和约12 nm 长度的纳米棒。在接下来的15mm 到30mm 内，这些纳米棒结合成二聚体、三聚体，最终形成束状的长纤维(长约800nm)或松散附着的纤维聚集体。同时，还发现了棱柱形和菱形的纳米晶体。

 

此外，当4.5% (w/v)聚(乙烯甘醇)(PEG)被用作成核引发剂时，研究人员发现了类似的成核模式，但是在早期阶段没有发现纳米棒。当 PEG 浓度进一步提高到7% (w/v)时，只能得到由无序排列的蛋白质簇组成的蛋白质凝胶。这些对比行为归因于分子间相互作用(各向同性排斥和各向异性吸引)的个别蛋白质分子，这可以改变成核引发剂的不同组成和浓度。

 

1.Liu, T. Bio Focus: Cryo-transmission electron microscopy reveals protein nucleation pathways. MRS Bulletin 43, 398–399 (2018). https://doi.org/10.1557/mrs.2018.132

 

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