从小角 X 射线散射研究化学交联蛋白质凝胶的结构与动力学

戊二醛 (GA) 与蛋白质中的氨基反应，形成分子间交联，在足够高的蛋白质浓度下可将蛋白质溶液转化为凝胶。尽管 GA 作为交联试剂已使用数十年，但其交联化学及所得蛋白质凝胶的微观结构尚未明确确立。在此，我们利用小角 X 射线散射 (SAXS) 表征由胰蛋白酶抑制剂、肌红蛋白或肠脂肪酸结合蛋白交联形成的凝胶的微观结构和结构动力学。通过比较凝胶与稀溶液的散射，我们提取了凝胶的结构因子和pair correlation function。蛋白质凝胶在空间上是异质的，由稀疏网络连接的致密团簇组成。在团簇内部，相邻蛋白质分子几乎接触，但团簇内的蛋白质浓度远低于晶体。在约 1 nm 的 SAXS 分辨率下，天然蛋白质结构不受交联影响。团簇半径在 10 - 50 nm 范围内，团簇大小主要取决于蛋白质表面赖氨酸氨基的可用性。凝胶结构在分钟到小时的时间尺度上的发展似乎遵循一级动力学。在酸性 pH 值下，由于处于反应性去质子化形式的氨基群体较少，交联速度较慢。这些结果支持在蛋白质动力学 NMR 研究及生物组织 NMR 弛豫建模中使用交联蛋白质凝胶。