Summary

Proteinkristallisation für X-ray Crystallography

Published: January 16, 2011
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Summary

Die 3-D-Struktur eines Moleküls liefert ein einzigartiges Verständnis dafür, wie das Molekül Funktionen. Die wichtigste Methode zur Strukturaufklärung in nahezu atomarer Auflösung ist Röntgenstrukturanalyse. Hier zeigen wir die aktuellen Methoden zur Gewinnung von dreidimensionalen Kristallen von jedem Makromolekül, die sich für die Strukturbestimmung mittels Röntgen-Kristallographie.

Abstract

Mit der dreidimensionalen Struktur von biologischen Makromolekülen zu folgern, wie sie funktionieren ist eine der wichtigsten Felder der modernen Biologie. Die Verfügbarkeit von atomarer Auflösung Strukturen bietet einen tiefen und einzigartigen Verständnis der Funktion von Proteinen und hilft, das Innenleben der lebenden Zelle zu entschlüsseln. Bis heute sind 86% der Protein Data Bank (RCSB-PDB) Einträge makromolekularen Strukturen, die mit Hilfe der Röntgenkristallographie waren.

Um geeignete Kristalle für kristallographische Untersuchungen, das Makromolekül (zB Protein, Nukleinsäure-, Protein-Protein-Komplex oder Protein-Nukleinsäure-Komplex) muss bis zur Homogenität gereinigt werden, oder so nah wie möglich an Homogenität. Die Homogenität der Zubereitung ist ein wesentlicher Faktor bei der Beschaffung von Kristallen, die eine hohe Auflösung beugen (Bergfors, 1999; McPherson, 1999).

Die Kristallisation erfordert bringen das Makromolekül zu Übersättigung. Die Probe sollte daher auf eine möglichst hohe Konzentration, ohne dass die Aggregation oder Fällung des Makromoleküls (in der Regel 2-50 mg / mL) konzentriert werden. Die Einführung der Probe zu Fällungsmittel kann die Keimbildung von Protein-Kristalle in der Lösung, die in großen dreidimensionalen Kristallen wachsen aus der Lösung führen kann fördern. Es gibt zwei Techniken, um Kristalle zu erhalten: Dampfdiffusion und Batch-Kristallisation. In Dampfdiffusion, ein Tropfen mit einer Mischung von Fällungsmittel und Protein-Lösungen ist in einer Kammer mit reinem Fällungsmittel versiegelt. Wasserdampf diffundiert dann aus der Drop bis die Osmolarität des Tropfens und das Fällungsmittel gleich (Abbildung 1A). Die Dehydratisierung des Tropfens bewirkt eine langsame Konzentration von sowohl Protein und Fällungsmittel, bis das Gleichgewicht erreicht ist, idealerweise in der Kristallkeimbildung Zone des Phasendiagramms. Die Batch-Verfahren beruht auf der bringt das Protein direkt in das Keimbildungszone durch Mischen Protein mit der entsprechenden Menge an Fällungsmittel (Abbildung 1B). Diese Methode ist in der Regel unter einem Paraffin / Mineralöl Mischung auf die Diffusion von Wasser aus dem Tropfen zu verhindern durchgeführt.

Hier zeigen wir Ihnen zwei Arten von experimentellen Aufbaus für die Dampfdiffusion, hängenden Tropfen und Sitzen fallen, zusätzlich zu Batch-Kristallisation unter Öl.

Protocol

Materialien: Protein Probe – Lysozym (50 mg / mL) Hanging drop 24-Well-Schale Sitting Drop 24-Well-Schale Microbatch Kristallisation 96-Well-Schale Kristallisation Lösungen (entweder kommerziell verfügbar oder hausgemacht) Silikonfett 5 ml Spritze ohne Luer-Lock Silikonisierten Deckgläschen Optische Dichtband Paraffin 0,1-2 ul Mikropipette mit Low-Retention-Tipps Pinzette Professionelle Re…

Representative Results

Crystallization is usually referred to as the bottleneck of X-ray crystallography. A sparse matrix incomplete factorial screen of precipitating conditions typically produces many different types of protein aggregation and precipitation, among them large single crystals. If the protein or precipitant concentrations are too high one can see brown matter with no distinct shape and size (amorphous precipitation). When the solution is undersaturated, the drop will often be completely clear and devoid of any kind of precipitat…

Discussion

In diesem Artikel beschreiben wir und zeigen allgemein gängigen Protokolle für die Proteinkristallisation. Da es ein mehrstufiges Verfahren gibt es einige Überlegungen muss man sich bewusst sein. Bei der Arbeit mit sehr kleinen Volumina (0.5-2 mL), Trocknung des Tropfens durch Verdunstung ist ein wichtiges Anliegen. Daher empfiehlt es sich, in einer gut kontrollierten Umgebung arbeiten (mit geringen Luftstrom, hohe Luftfeuchtigkeit und genaue Temperatursteuerung) und eine Technik, die Exposition des Tropfens auf die …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde durch ein Burroughs Wellcome Investigator Award für YM und durch eine Brown-Coxe Postdoktoranden-Stipendium an der Yale University zu MD unterstützt.

Materials

New Item        
Lysozyme   Sigma-aldrich L6876-1G  
24 well VDX Plate   Hampton research HR3-142  
24 well Cryschem Plate   Hampton research HR3-158  
Dow Corning Vacuum Grease   Hampton research HR3-510  
Siliconized glass circle coverslides   Hampton research HR3-231  
100% paraffin oil   Hampton research HR3-411  
1.88 inch wide Crystal Clear Sealing Tape   Hampton research HR3-511  
96 Well Imp@ct Plate (Microbatch plate)   Hampton research HR3-098  

References

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Cite This Article
Dessau, M. A., Modis, Y. Protein Crystallization for X-ray Crystallography. J. Vis. Exp. (47), e2285, doi:10.3791/2285 (2011).

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