從AUC“看”蛋白質：蛋白結構解析與互作研究的加速器

2025-04-18 18:15:16 20閱讀次數

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分析超速離心技術

Analytical Ultracentrifugation，簡稱AUC

是結構生物學領域一項至關重要的分析技術，它通過記錄生物大分子在溶液中的沉降行為來表征其生物物理學性質。AUC技術在蛋白質科學研究中具有廣泛應用，能夠提供關于蛋白質純度、分子量、形狀、聚集狀態、蛋白復合物組裝檢測以及分子間相互作用等詳細信息。本文將簡要介紹AUC技術在蛋白質結構解析和相互作用研究中的應用，并凸顯其獨特優勢。

AUC技術原理和優勢

AUC技術基于離心力作用下實時監測生物大分子的沉降行為，它可提供1000-60,000rpm轉速范圍（最大相對離心力290,000×g），可獲取分析粒徑在1nm~5000nm之間粒子的分子量、大小、形狀和密度等信息，廣泛地應用于多肽、蛋白質、核酸、聚多糖、合成高分子以及納米粒子等研究領域。通過高分辨率光學系統監測樣品的沉降過程，從而獲得關于蛋白質的分子量、形狀、純度、聚集狀態以及分子間相互作用等關鍵信息。

這種方法的優勢在于它無需標記、無需固定化，且在溶液狀態下進行，能夠提供分子在天然環境中的真實行為。此外，AUC技術具有高分辨率和精確性，能夠準確測定蛋白質樣品的沉降系數，為蛋白質性質鑒定和功能分析提供重要信息。

AUC通過“可視化”離心進行蛋白研究

AUC在蛋白質結構

解析中的應用

AUC技術在蛋白質結構解析中具有重要作用。通過沉降速度（Sedimentation Velocity）和沉降平衡（Sedimentation Equilibrium）兩種模式，AUC能夠提供關于蛋白質的分子量和寡聚狀態的詳細信息。例如，沉降速度實驗可以區分單體、二聚體和多聚體，從而揭示蛋白質的組裝機制。沉降平衡實驗則能提供蛋白質溶液的精確分子量，這對于驗證蛋白質的折疊狀態和穩定性具有重要意義。

在對蛋白結構進行解析的時候，通常需要在高濃度條件（非樣品天然溶液狀態）下進行。而結晶狀態下的分子是以一定的規律進行排列堆積，分子實際上處于一個非自然的環境中，在這種環境中分子的構象和發揮功能的寡聚狀態可能與溶液條件下的天然狀態存在一定差別。

AUC作為重要的技術手段，可以用于確定在晶體或高濃度情況下所觀察到的聚集或相互作用狀態是否在溶液的天然狀態下存在。下圖展示了AUC基于原始溶液檢測蛋白聚集體和復雜的多亞基蛋白復合物檢測結果。

AUC用于聚體和多亞基蛋白復合物檢測

AUC在蛋白質相互作用

研究中的作用

AUC技術在研究蛋白質相互作用中具有顯著優勢。它能夠全面分析蛋白質-蛋白質、蛋白質-DNA和蛋白質-配體之間的相互作用，提供結合常數、化學計量比和相互作用參數等關鍵信息。這些數據對于揭示蛋白質復合物的形成機制和功能調控具有不可替代的價值。AUC的多波長分析能力進一步拓展了其在相互作用研究中的應用范圍，使得不同分子間的相互作用得以精準區分和量化。下圖展示了AUC用于蛋白和蛋白相互作用（左）及蛋白-小分子相互作用（右）結果。

AUC用于蛋白-蛋白及蛋白-小分子相互作用

AUC在膜蛋白研究中的應用

膜蛋白研究的首要任務是膜蛋白的獲得，即膜蛋白的分離純化。去垢劑模擬膜蛋白的天然疏水環境，通過選擇合適的去垢劑可以維持膜蛋白的穩定性和功能。如DDM在膜蛋白TmrA的分離純化以及性質研究中效果最好，能夠顯著改善樣品的均一性。AUC的檢測結果為膜蛋白的純化和性質研究提供了有力支持。

AUC用于檢測TmrA膜蛋白

小結

AUC技術以其獨特的優勢，在結構生物學領域中發揮著重要的作用，它為蛋白質結構解析和相互作用研究提供了強大的工具。對于致力于探索生命奧秘的科學家們來說，AUC技術是重要的研究武器，有助于加速科學發現和技術創新。

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