Science：突破性技术揭示蛋白结构

　　科学家们首次通过一种超强X射线激光，揭示了一种蛋白前所未有的原子结构，从而证明了一种突破性蛋白结晶技术的可行性。不过相关结构生物学家也表示，要说这种x射线无电子激光器(x-ray free-electron lasers，XFELs，生物通译) 自此就能取代了传统的以X射线源作为同步加速器，已获得了数以万计蛋白质结构的方法，还为时尚早。

　　蛋白结构分析突破性技术

　　目前来说对于蛋白结构的测定，主要的技术方法包括X光衍射法、核磁共振谱法，以及传统的单颗粒电镜重构，其中存在两个方面的主要问题：第一个是获得合适大小的蛋白晶体，其次是利用不会降解蛋白的方法进行照射。

　　今年年初，美国科学家制造出了世界上波长最短、单色纯度的第一束原子X射线激光，他们通过强大的X射线激光，从位于密封舱中的氖原子内层中敲除电子。当其他电子再回落填补那些位置时，大约有1/50的原子通过发出一束X射线回应。这些X射线接着又激发临近的氖原子，随之产生了更多的X射线，如此的多米诺效应将原始X射线激光放大了2亿倍。

　　这种强大的X射线激光能用于多个方面，此番德国的科学家们就将其用在了蛋白结晶技术上――他们利用XFELs确定了一种关键酶的结构，这种酶对于单细胞寄生虫布氏锥虫(Trypanosoma brucei)存活至关重要，而后者正是非洲昏睡病的罪魁祸首。

　　半胱氨酸组织蛋白酶结构解析

　　非洲昏睡病每年要夺取三万人的生命，这种疾病流行于中部非洲。14世纪，马里国王Mari Jata就染上了这种疾病，昏睡大约2年后死亡，这是较早的昏睡病例。几个世纪后，西方殖民者把贸易拓展到西部非洲时，发现了这种怪病。目前还没有能治愈严重的昏睡病病例的药物，亟待科学家们的进一步探索。

　　之前的研究已经揭示了这种称为半胱氨酸组织蛋白酶的结构特征，而最新这项研究则发现了这种酶的“前体”的形式：其活性区域覆盖着一种称为前肽(propeptide)的的分子安全帽，十分有趣。研究人员认为这将有助于科学家们找到与这种前肽结构相似的分子，结合到酶上，杀死寄生虫。

　　研究人员指出，这种结构被确定的方式与其结果同样重要。

　　首先为了能获得这种酶的结晶结构，生物学家在细胞内过度表达了半胱氨酸组织蛋白酶，这些酶能形成几微米长，不到一微米宽的细长结晶结构。由于这种结晶体积太小，用环形粒子加速器产生的相对弱的X射线束无法进行研究，因此这一研究组采用了世界上首个XFEL，解析这一蛋白结构，获得了这一蛋白前所未有的清晰结构。

　　同时这项研究也指出了XFEL的另外一个优点――能在同步加速器上研究的最小结晶结构，会受到X射线的破坏，即使是在数据积累的时候。研究人员认为利用XFEL能收集到无损数据。