結構生物化學/膜蛋白分析

用於膜蛋白研究的脂肽去垢劑

• 在一個細胞中，有兩類主要的蛋白質，它們是細胞質蛋白質和膜結合蛋白。細胞質蛋白質在細胞中漂浮，並具有特定的結構。這種結構是極性和親水性氨基酸都傾向於位於蛋白質的外部，而非極性疏水性氨基酸則埋藏在蛋白質內部（圖 1）

  

  膜中的蛋白質

  . 這種結構的形成是因為蛋白質必須在主要由水組成的細胞質中保持穩定。由於結構在某些氨基酸的位置方面並不複雜，因此更容易觀察細胞質蛋白質的晶體或核磁共振譜。膜結合蛋白由於其在蛋白質中的位置而具有獨特的結構。細胞被磷脂雙分子層包圍，磷脂雙分子層在外部是親水的，在內部是疏水的。這種細胞膜結構必須在蛋白質中被模仿，否則它將無法在膜中保持穩定。由於膜結合蛋白的性質更為複雜，因此更難純化並對這些蛋白質進行核磁共振譜分析。
• 為了進行穩定膜蛋白的核磁共振分析，必須將其置於模擬磷脂雙分子層的環境中。科學家們隨後發現去垢劑具有類似的結構，並且它們會形成膠束，其內部是疏水的，外部是親水的（圖 2）

  

  去垢劑中的蛋白質

  . 去垢劑的唯一問題是它們會四處移動，而且很難獲得核磁共振資料，因為這會導致大量噪聲。另一個問題是，膠束不能完全複製膜，因為它們沒有平行於蛋白質的非極性區域附著，而是垂直於蛋白質的非極性區域附著，因此會導致蛋白質功能和形狀的扭曲。為了解決這些問題，科學家們創造了一種名為 LPD（脂肽去垢劑）的物質。LPD 是一條由 25 個氨基酸組成的鏈，形成α螺旋。在第二個和第 24 個氨基酸上，分別連線著兩個烷基鏈，長度約為八到十二個碳原子（圖 3）

  

  脂肽去垢劑

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• 使用 LPD 的優勢在於，與膠束不同，LPD 更接近於膜的功能，因為它們平行於蛋白質附著（圖 4）

  

  LPD 和蛋白質

  . 另一個優勢是它們是剛性的，不會四處移動，從而降低了核磁共振譜分析中存在的噪聲。由於這些結構是剛性的，並且跨越了蛋白質的整個疏水區域，因此只需要少量 LPD 就可以保持膜蛋白的穩定性。使用 LPD 的唯一問題是其成本昂貴，因此只有在所有去垢劑都失效的情況下才會作為最後的手段使用。在實驗中使用 LPD 時，仍然需要存在去垢劑，以便最初包圍蛋白質。然後，LPD 被插入，由於它在結構上更有利，因此它會取代去垢劑的膠束，並形成“膜”，然後將去垢劑從溶液中離心出去。經過幾輪這種過程，我們可以假設蛋白質完全被 LPD 包圍。