同步辐射蛋白质结晶学的近期发展与应用研究.pdfVIP

同步輻射蛋白質結晶學的 近期發展與應用研究 文/陳俊榮 一、引言 自西元 2000 年美英宣布人類基因圖譜的鹼基 定序完成，這項突破使生命科學邁向一個全新的領 域。我們對於基因在生物體內的作用有更深的認 識，但是這些帶有功能訊息的基因所轉譯出來的蛋 白質才是真正在生理功能中扮演重要的角色，因此 後基因體時代的重要研究標地就是”蛋白質體學” 。 而其中生物巨分子立體結構所提供的生物學資訊， 圖一 基因體與蛋白質結構功能之關係 是我們瞭解生物分子之間作用機制的重要來源。透 過生物分子結構我們可以看到愛滋病病毒如何使用 目前解得生物巨分子立體結構主要的實驗方法有 其上的關鍵蛋白來感染人體細胞、蛋白質如何構成 X 光單晶繞射以及高磁場高解析核磁共振圖譜法。近 堅韌如鋼的蜘蛛絲、蛇毒蛋白的毒理機制、蛋白質 年來由於實驗儀器(同步加速器 X 光光源、核磁共振 酵素的運作機轉。數以不盡的生物界奧妙就藏在這 的磁場強度)與實驗技術的進步，生物巨分子三度空間 原子級的生物結構中。因此從一級基因序列歸納預 立體結構被決定出來的數目正在急速地累積中，已經 測蛋白質的功能，成為基因體研究中最重要的目標 足夠成為統計分析的數據來源。蛋白質資料銀行 之一，而在此極具挑戰性的研究範疇中，大量及快 (RCSB Protein Data Bank ，PDB) 自 1971 年起開始收集 速蛋白質結構的決定乃為此研究領域之成功指標 全世界使用核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, (圖一) 。美國由其國家衛生研究院(National Institute NMR) 、X 光生物巨分子結晶學(X-ray Macromolecular of Health, NIH)轄下的國家一般醫藥科學研究所主 Crystallography) 、電子顯微鏡(Electron Microscopy)及 導 ， 於 1998 年 開 始 規 劃 推 動 結 構 基 因 體 計 畫 其它方法所解出來的三度空間立體結構。截至目前為 (Structural Genomics Project; 止(7/25/2006)總共收錄了 37,874 個生物巨分子結構， /psi/) ，目前成立有九個蛋白 其中以 X 光單晶結構的 32,096 個(約佔 84.7 %)為主 質結構中心，進行結構基因體實驗及計算的最先端 要，而核磁共振圖譜則有 5,571 個(約佔 14.7 %) 。這個 研究。日本理化學研究所 (RIKEN)於 2002 年進行 ” 資料庫所提供的資訊是全球最重要的蛋白質結構在原 蛋 白 質 3000 計 畫 ” (Protein 3000 project; 子尺度層級(atomic level ，~Å)的資料來源，為所有結 http://www.mext-life.jp/protein/index.html#) ，目標在 構生物學研究工作者瞭解蛋白質立體結構及其功能的 大量決定具生物醫學價值之蛋白質結構，有效應用 知識泉源(圖二) 。生物大分子結構學家對於同步加速 在未來基礎生物研究及工業應用上，如研發新藥 器光源的使用率增加十分快速，從 1990 年到 2005 年 物。而台灣也自 2002 年開始投入大量人力與經費， 全世界使用同步加速器光源決定新結構的數量已從 積極籌劃推動國內基因體醫學的各領域相關研究。 18 % 增加到 76 % ，而目前有超過90 % 的大分子結 物理雙月刊（廿八卷四期）2006 年8 月