利用同步加速器X射線光束(synchrotron x-ray beam)來解析蛋白和其他生物大分子的結(jié)構(gòu)在醫(yī)學(xué)上取得很大進(jìn)步?？茖W(xué)家們獲得的技術(shù)進(jìn)步能夠?qū)е滤麄內(nèi)〉酶蛹?dòng)人心的進(jìn)步。最近，來自美國國家同步輻射光源(National Synchrotron Light Source, NSLS)和、紐約結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心和哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新方法來確定通過其他方法很難或者不可能解析的分子結(jié)構(gòu)。他們的研究發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

    利用大分子X射線晶體學(xué)確定蛋白結(jié)構(gòu)的過程必須要首先培養(yǎng)純的分子晶體。當(dāng)靶分子擁有相似的結(jié)構(gòu)類似物時(shí)，這種過程更加容易。但是當(dāng)靶分子沒有結(jié)構(gòu)類似物時(shí)，科學(xué)家們面臨著“相位問題”，即缺乏描述入射X射線光波“相位”的關(guān)鍵性信息。當(dāng)一個(gè)檢測(cè)器記錄X射線衍射圖時(shí)，它能夠檢測(cè)強(qiáng)度，但是不能檢測(cè)相位，但是沒有相位時(shí)，分子結(jié)構(gòu)就不能被完全解析出。

    當(dāng)存在不相關(guān)的結(jié)構(gòu)時(shí)，有兩種其他的方法來評(píng)估相位。這些方法當(dāng)中有兩種方法都是屬關(guān)于X射線晶體技術(shù)的：多波長異常衍射(multiwavelength anomalous diffraction, MAD)，它利用多種波長的X射線；單波長異常衍射(single-wavelength anomalous diffraction, SAD)，它只利用一個(gè)波長的X射線。這兩種技術(shù)通常都涉及加入硒到晶格(通過氨基酸衍生物硒代蛋氨酸，它容易整合進(jìn)蛋白)之中，和掃描硒原子整個(gè)邊上的X射線光束。

    硒是一種比在蛋白中通常發(fā)現(xiàn)的那些原子---比如碳、氮和氧---都要重，它吸收X射線，而且通過元素特異性共振再次發(fā)射X射線。根據(jù)這種共振衍射數(shù)據(jù)，科學(xué)家們能夠確定相位。

    在這項(xiàng)新研究中，研究人員開發(fā)一種方法來解決相位問題，而不用加入一種重元素到晶體之中，從而能夠利用處于自然狀態(tài)的蛋白開展研究。他們使用來自蛋白自己的硫原子的非共振散射(off-resonance scattering)，其中硫原子要比硒原子薄弱得多，但也足夠強(qiáng)大而能夠發(fā)揮作用。他們利用低于正常的X射線能量而將SAD應(yīng)用到幾個(gè)晶體(對(duì)研究的每個(gè)蛋白而言，是5到13個(gè)晶體)，然后將相對(duì)弱的衍射信號(hào)結(jié)合在一起。

    他們解析的4種蛋白在大小上存在差異，而且和它們含有不同的硫含量(每個(gè)分子擁有3到28個(gè)硫位點(diǎn))。他們成功地解析出每個(gè)蛋白的結(jié)構(gòu)提示著他們的研究為在大分子晶體學(xué)取得潛在大量的新發(fā)現(xiàn)打開新的大門。