人体中蛋白质的数量是巨大的，统称为蛋白质组。大约有8万到40万个蛋白质在我们的细胞、组织和器官中循环，执行着生命所必需的广泛职责。当蛋白质出错时，它们会导致无数严重的疾病。

　　现在，应用结构发现生物设计中心和亚利桑那州立大学分子科学学院的研究人员与他们的同事一起，研究了一类非常重要的蛋白质，它们装饰着细胞的外膜。这些膜蛋白通常作为结合分子的受体，启动可以以各种方式改变细胞行为的信号。

　　在新的研究中描述了一种获取膜蛋白结构数据的新方法。低温电子显微镜(或冷冻电镜)方法，一套突破性的工具，被使用。此外，使用所谓的LCP结晶和微晶电子衍射(MicroED)有助于揭示蛋白质的结构细节，这些细节在很大程度上是通过x射线晶体学等传统方法无法获得的。

　　这一发现描述了首次使用lcp嵌入微晶体，利用MicroED揭示高分辨率蛋白质结构细节。这项新研究登上了最新一期《细胞出版社》杂志《结构》的封面。

　　一类特别感兴趣的膜蛋白是g蛋白偶联受体(gpcr)，它形成了真核生物(包括人类)中发现的最大和最多样化的膜受体群。

　　gpcr的生理活性是如此重要，它们是广泛的治疗药物的主要靶点。然而，这就是问题所在，因为确定膜蛋白的详细结构——准确设计药物的基本前提——往往会带来巨大的挑战。

　　x射线晶体学技术已被用于研究许多蛋白质的原子尺度结构甚至动力学行为。在这里，被研究的蛋白质结晶样品被x射线束照射，产生衍射图案，出现在屏幕上。在计算机的帮助下，组装数千张衍射快照可以组装出高分辨率的3D结构图像。

　　然而，许多膜蛋白，包括gpcr，并没有形成适合x射线晶体学的大而有序的晶体。此外，这种蛋白质很脆弱，很容易被x射线破坏。要解决这个问题，需要使用一种名为x射线自由电子激光器(XFELS)的特殊设备，这种设备可以发出持续时间仅为飞秒的明亮x射线爆发(一飞秒等于千万亿分之一秒，大约是光线穿过病毒直径的时间)。连续飞秒x射线晶体学技术使研究人员能够在结晶样品被破坏之前获得折射图像。

　　然而，许多膜蛋白的结晶仍然是一项极其困难和不精确的技术，世界上只有少数这种巨大的XFEL机器存在。

　　进入低温电子显微镜和MicroED。这项突破性的技术涉及将蛋白质晶体快速冷冻在薄冰层中，然后将其置于电子束下。与x射线晶体学一样，该方法利用电子而不是x射线的衍射图来组装最终的详细结构。

　　MicroED擅长从小而不规则的晶体中收集数据，无法用于传统的x射线晶体学。在这项新研究中，研究人员使用了两种先进的技术，以产生两种重要模型蛋白的高分辨率衍射图像:蛋白酶K和A2A腺苷受体，其功能包括调节大脑中的神经递质，心脏血管舒张和t细胞免疫反应。

　　这些蛋白质被嵌入一种特殊类型的晶体中，这种晶体被称为脂质立方相或LCP晶体，它模仿了这些蛋白质自然产生的天然环境。然后使用MicroED方法对LCP样品进行电子显微镜检查，该方法允许对极薄的亚微米大小的晶体进行成像。此外，在电子显微镜下，LCP晶体的连续旋转允许在极低、无损伤的电子剂量下从单晶获得多个衍射图案。

　　检测只能形成微晶体或纳米晶体的蛋白质的能力，为许多至关重要的膜蛋白的结构确定打开了大门，这些蛋白逃避了传统的研究手段，特别是gpcr。