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• 蛋白質(zhì)是怎樣構(gòu)成的？

蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物高分子。蛋白質(zhì)分子上氨基酸的序列和由此形成的立體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性。蛋白質(zhì)具有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)決定了它的功能。

• 一級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序，以及二硫鍵的位置。
• 二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子局區(qū)域內(nèi)，多肽鏈沿一定方向盤繞和折疊的方式。
• 三級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上借助各種次級(jí)鍵卷曲折疊成特定的球狀分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)象。
• 四級(jí)結(jié)構(gòu)：多亞基蛋白質(zhì)分子中各個(gè)具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，以適當(dāng)?shù)姆绞骄酆纤纬傻牡鞍踪|(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)的氨基酸序列是由對應(yīng)基因所編碼。除了遺傳密碼所編碼的20種“標(biāo)準(zhǔn)”氨基酸，在蛋白質(zhì)中，某些氨基酸殘基還可以被翻譯后修飾而發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，從而對蛋白質(zhì)進(jìn)行激活或調(diào)控。但是，如果蛋白質(zhì)間發(fā)生非特異性結(jié)合，不僅蛋白質(zhì)失去應(yīng)有活性，而且易形成包涵體，導(dǎo)致蛋白基因工程成本增加。聚集體的結(jié)構(gòu)包括淀粉樣蛋白纖維結(jié)構(gòu)和包涵體結(jié)構(gòu)。

• 生物醫(yī)學(xué)工程中為什么必須研究和觀測蛋白質(zhì)聚集體？
  1. 蛋白質(zhì)聚集已經(jīng)成為藥物與生物學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，其中蛋白質(zhì)以非天然構(gòu)象存在，還常伴隨著β－折疊量的增加。老年癡呆癥和II型糖尿病都與蛋白質(zhì)聚集有關(guān)。研究蛋白質(zhì)聚集體有助于理解體內(nèi)分子病的形成。
  2. 在蛋白質(zhì)和藥物的后基因組時(shí)代，尋找蛋白質(zhì)晶體的優(yōu)化條件一直是晶體生長工作者的目標(biāo)。而成核前溶液中蛋白質(zhì)形成的聚集體的狀態(tài)（包括聚集體的大小，形貌，甚至于構(gòu)象等）的變化會(huì)直接影響到成核的情況。因此，對于無序聚集體狀態(tài)的變化研究，有助于分析有序聚集體的出現(xiàn)條件并提供蛋白質(zhì)晶體生長的合適條件。
  3. 清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物膜與膜生物工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室購置“多角度激光光散射凝膠色譜系統(tǒng)”，用于生物樣品溶液形態(tài)分析、蛋白質(zhì)及其聚集體分子量和分布測定，蛋白質(zhì)均一性、穩(wěn)定性分析及其結(jié)晶狀態(tài)和條件的篩選，研究蛋白質(zhì)聚集體對膜污染過程的影響。
  4. 蛋白聚集嚴(yán)重影響以蛋白為基礎(chǔ)研發(fā)的藥物。在藥物制劑中，蛋白聚集在生物活性和免疫原性方面影響藥效。蛋白聚集發(fā)生在生產(chǎn)過程的各個(gè)階段包括細(xì)胞培養(yǎng)、純化、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫妗Ｖ扑幑I(yè)希望在生物工藝中找到新的方法，可用于檢測、追蹤、定量分析影響蛋白聚集的因素。近年來以凍干穩(wěn)定形式存在的蛋白聚集體作為標(biāo)準(zhǔn)品，可以準(zhǔn)確地定量檢測蛋白聚集，加上新穎的只需在酶標(biāo)儀里即可實(shí)驗(yàn)的ProteoStat^® protein aggregation assay，可對蛋白檢測方法進(jìn)行優(yōu)化。
  5. 科學(xué)家目前并不確定為何不正確的蛋白質(zhì)形式和聚集成團(tuán)現(xiàn)象是神經(jīng)變性疾病的重要標(biāo)志，神經(jīng)變性疾病包括肌萎縮側(cè)索硬化（ALS）、阿爾茲海默氏癥和瘋牛病等?？窃?1月1日的雜志Molecular Cell上的研究報(bào)告中，來自耶魯大學(xué)的研究者通過在細(xì)菌中研究疾病的發(fā)病過程來揭示不正確形式的蛋白質(zhì)的聚集體的形成過程。蛋白質(zhì)是由DNA編碼控制并且在核糖體的裝配下在細(xì)胞中形成，然而，有時(shí)候蛋白質(zhì)并不會(huì)被正確地裝配，這些錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)就趨向于聚集。錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的聚集現(xiàn)象就在阿爾茲海默癥患者大腦中表現(xiàn)尤為明顯。來自耶魯?shù)难芯繄F(tuán)隊(duì)揭示了抗生素鏈霉素可以誘發(fā)大腸桿菌蛋白質(zhì)的聚集。使用大規(guī)模的蛋白質(zhì)組學(xué)及遺傳學(xué)篩選技術(shù)，研究者分析了蛋白質(zhì)的聚集現(xiàn)象以及篩選了可以使得大腸桿菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性的細(xì)菌蛋白質(zhì)，zui終研究者發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中一種特殊的蛋白質(zhì)如何保護(hù)細(xì)菌免于過氧化氫的壓力，以及這種蛋白質(zhì)如何減弱由于鏈霉素所刺激引發(fā)的蛋白質(zhì)的聚集。
     
     
     
     
     
      
  6. 蛋白質(zhì)中聚集體的直接可視化、尺寸測量和計(jì)數(shù)：
     • 檢測蛋白質(zhì)聚集狀態(tài)對了解生物醫(yī)藥產(chǎn)品的穩(wěn)定性和功效是至關(guān)重要的。當(dāng)有蛋白質(zhì)聚集體時(shí)，對產(chǎn)品的質(zhì)量的生物活性和原免疫性兩方面有很大的影響。很多聚集體遇到生物樣品會(huì)按照大小和特性排列（如：可溶的和不可溶的，共價(jià)的和非共價(jià)的或者可逆的和不可逆的）。蛋白質(zhì)聚集體的范圍跨度很大，從小型的低聚體（納米級(jí)）到包含成百萬的單體單元構(gòu)成的不可溶的微米級(jí)的聚集體。
     • 在制造過程（細(xì)胞培養(yǎng)、提純、形成）、貯存、分配和產(chǎn)品處理過程中的任何一步都可能產(chǎn)生蛋白質(zhì)聚集體。它可能是由于各種壓力引起的，比如，攪拌、暴露在的pH下、溫度、離子強(qiáng)度或者各種界面（如，氣-液界面）。在高蛋白含量（像單克隆抗體形成的情況）情況下，會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步增加聚集體的可能性。因此，在開發(fā)、制造以及藥物的后續(xù)貯存和描述產(chǎn)物時(shí)都必須仔細(xì)描述和控制聚集體。同樣地，可以通過監(jiān)測聚集體的狀態(tài)，修改或者優(yōu)化生產(chǎn)過程來實(shí)現(xiàn)。
     • 現(xiàn)在FC－200S-IPAC提供一種以藍(lán)光為基礎(chǔ)的圖像法亞微米粒子跟蹤分析系統(tǒng)，可以直接在液相中實(shí)時(shí)地觀測到單個(gè)的納米級(jí)粒子（如蛋白質(zhì)聚集物）并且對其計(jì)數(shù)，并獲得高分辨率的粒度分布圖。該技術(shù)具有快速、可靠、準(zhǔn)確的特點(diǎn)并且成本遠(yuǎn)低于掃描電鏡，這些特點(diǎn)使之成為現(xiàn)存納米顆粒分析方法（如DLS（動(dòng)態(tài)光散射又稱光子相關(guān)光譜PCS，）或者電子顯微鏡（EM））的很好的替代或者補(bǔ)充。