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二甲基砷酸盐作为蛋白质纯化和结晶的缓冲溶液得到广泛使用,而其它方面的特点则很少被触及。蛋白质结构数据库(PDB)中的统计值显示,有近3500个蛋白质的结晶条件中使用了二甲基砷酸盐,超过200个结构模型中包含了二甲基砷酸盐,其中67个结构中二甲基砷酸盐与蛋白表面的半胱氨酸以共价键形式相结合。这些统计数字说明二甲基砷酸盐存在着作为蛋白质表面半胱氨酸的共价修饰的潜在可能,特别是其中含有的砷元素对于蛋白质晶体学结构解析有着更为特殊的意义。
与砷元素同一周期的硒元素可以通过硒代甲硫氨酸的方式被引入到蛋白质结晶学中,成为蛋白质结构解析最重要和最广泛的反常信号来源。砷元素与硒元素反常信号的特征相似,并可以通过共价修饰半胱氨酸方式很容易地被引入蛋白质中,这使得二甲基砷酸盐具有通过反常散射信号解析蛋白质晶体相位的潜力。反常散射法是通过元素的反常信号进行衍射数据初始相位解析的方法。
本论文通过单波长反常散射法解析人类casp6结构和变形链球菌烟酰胺水解酶结构证明了利用特异性修饰二甲基砷酸盐中砷元素的反常信号来解析蛋白质相位的可能性和有效性。其中,在人类casp6结构解析过程中,将数据处理成反常数据并利用由砷元素造成的差异可以完全独立地获得蛋白的初相位;而在烟酰胺水解酶解析过程中,反常信号的来源有两个,即共价结合的二甲基砷酸盐中的砷原子和活性位点中的锌离子,根据分析可以证明其中砷原子的反常信号对于相位的解析起到绝对的主导地位。另外,我们利用了二甲基砷酸盐结合到变形链球菌烟酰胺水解酶活性中心的半胱氨酸这一特征,通过酶活测定的方法来检测二甲基砷酸盐修饰方式的时间、pH等适用范围和条件,为将二甲砷酸盐系统性地进行蛋白质表面半胱氨酸修饰奠定了基础。
上述研究结果均表明被广泛使用的二甲基砷酸盐缓冲剂可以在蛋白质结构解析和以半胱氨酸为活性中心的酶的抑制剂研究方面发挥更大的作用。