结构生物化学/膜蛋白分析

用于膜蛋白研究的脂肽去垢剂

• 在一个细胞中，有两类主要的蛋白质，它们是细胞质蛋白质和膜结合蛋白。细胞质蛋白质在细胞中漂浮，并具有特定的结构。这种结构是极性和亲水性氨基酸都倾向于位于蛋白质的外部，而非极性疏水性氨基酸则埋藏在蛋白质内部（图 1）

  

  膜中的蛋白质

  . 这种结构的形成是因为蛋白质必须在主要由水组成的细胞质中保持稳定。由于结构在某些氨基酸的位置方面并不复杂，因此更容易观察细胞质蛋白质的晶体或核磁共振谱。膜结合蛋白由于其在蛋白质中的位置而具有独特的结构。细胞被磷脂双分子层包围，磷脂双分子层在外部是亲水的，在内部是疏水的。这种细胞膜结构必须在蛋白质中被模仿，否则它将无法在膜中保持稳定。由于膜结合蛋白的性质更为复杂，因此更难纯化并对这些蛋白质进行核磁共振谱分析。
• 为了进行稳定膜蛋白的核磁共振分析，必须将其置于模拟磷脂双分子层的环境中。科学家们随后发现去垢剂具有类似的结构，并且它们会形成胶束，其内部是疏水的，外部是亲水的（图 2）

  

  去垢剂中的蛋白质

  . 去垢剂的唯一问题是它们会四处移动，而且很难获得核磁共振数据，因为这会导致大量噪声。另一个问题是，胶束不能完全复制膜，因为它们没有平行于蛋白质的非极性区域附着，而是垂直于蛋白质的非极性区域附着，因此会导致蛋白质功能和形状的扭曲。为了解决这些问题，科学家们创造了一种名为 LPD（脂肽去垢剂）的物质。LPD 是一条由 25 个氨基酸组成的链，形成α螺旋。在第二个和第 24 个氨基酸上，分别连接着两个烷基链，长度约为八到十二个碳原子（图 3）

  

  脂肽去垢剂

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• 使用 LPD 的优势在于，与胶束不同，LPD 更接近于膜的功能，因为它们平行于蛋白质附着（图 4）

  

  LPD 和蛋白质

  . 另一个优势是它们是刚性的，不会四处移动，从而降低了核磁共振谱分析中存在的噪声。由于这些结构是刚性的，并且跨越了蛋白质的整个疏水区域，因此只需要少量 LPD 就可以保持膜蛋白的稳定性。使用 LPD 的唯一问题是其成本昂贵，因此只有在所有去垢剂都失效的情况下才会作为最后的手段使用。在实验中使用 LPD 时，仍然需要存在去垢剂，以便最初包围蛋白质。然后，LPD 被插入，由于它在结构上更有利，因此它会取代去垢剂的胶束，并形成“膜”，然后将去垢剂从溶液中离心出去。经过几轮这种过程，我们可以假设蛋白质完全被 LPD 包围。