利用同步加速器X射線(xiàn)光束(synchrotron x-ray beam)來(lái)解析蛋白和其他生物大分子的結構在醫學(xué)上取得很大進(jìn)步。科學(xué)家們獲得的技術(shù)進(jìn)步能夠導致他們取得更加激動(dòng)人心的進(jìn)步。最近，來(lái)自美國國家同步輻射光源(National Synchrotron Light Source, NSLS)和、紐約結構生物學(xué)中心和哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)現一種新方法來(lái)確定通過(guò)其他方法很難或者不可能解析的分子結構。他們的研究發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

    利用大分子X(jué)射線(xiàn)晶體學(xué)確定蛋白結構的過(guò)程必須要首先培養純的分子晶體。當靶分子擁有相似的結構類(lèi)似物時(shí)，這種過(guò)程更加容易。但是當靶分子沒(méi)有結構類(lèi)似物時(shí)，科學(xué)家們面臨著(zhù)“相位問(wèn)題”，即缺乏描述入射X射線(xiàn)光波“相位”的關(guān)鍵性信息。當一個(gè)檢測器記錄X射線(xiàn)衍射圖時(shí)，它能夠檢測強度，但是不能檢測相位，但是沒(méi)有相位時(shí)，分子結構就不能被完全解析出。

    當存在不相關(guān)的結構時(shí)，有兩種其他的方法來(lái)評估相位。這些方法當中有兩種方法都是屬關(guān)于X射線(xiàn)晶體技術(shù)的：多波長(cháng)異常衍射(multiwavelength anomalous diffraction, MAD)，它利用多種波長(cháng)的X射線(xiàn)；單波長(cháng)異常衍射(single-wavelength anomalous diffraction, SAD)，它只利用一個(gè)波長(cháng)的X射線(xiàn)。這兩種技術(shù)通常都涉及加入硒到晶格(通過(guò)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(xiàn)光束。

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

    在這項新研究中，研究人員開(kāi)發(fā)一種方法來(lái)解決相位問(wèn)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(kāi)展研究。他們使用來(lái)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，但也足夠強大而能夠發(fā)揮作用。他們利用低于正常的X射線(xiàn)能量而將SAD應用到幾個(gè)晶體(對研究的每個(gè)蛋白而言，是5到13個(gè)晶體)，然后將相對弱的衍射信號結合在一起。

    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)蛋白的結構提示著(zhù)他們的研究為在大分子晶體學(xué)取得潛在大量的新發(fā)現打開(kāi)新的大門(mén)。