冷冻电镜必看！膜蛋白结构解析的成功策略

2025-08-27 10:21:10, NanoTemper 诺坦普科技（北京）有限公司

关键词：膜蛋白动态结构 | 冷冻电镜技术革命 | nanoDSF

前言

膜蛋白广泛存在于细胞的质膜以及细胞内各种细胞器的膜中，它们是细胞膜的重要组成部分，参与细胞的信号传导、物质运输、细胞识别等核心生物学过程。在医学领域，膜蛋白具有极其重要的地位，大约 50% 的现代药物都是针对膜蛋白开发的。然而，尽管膜蛋白在生物体系中如此重要，但目前在蛋白质数据库中，膜蛋白的结构信息仅占不到 4%。这主要是因为膜蛋白的纯化过程极为复杂且充满挑战。

本期，NanoTemper 特邀来自国际顶尖的结构生物学研究机构（Max Planck Institute of Biophysics）马克斯·普朗克生物物理研究所 - 课题组组长 Melanie McDowell 博士进行分享：

1. 膜蛋白纯化的核心瓶颈

2. 去垢剂溶解膜蛋白的优化策略

3. 基于 Prometheus Panta 高精度蛋白稳定性分析平台的质控方案

嘉宾介绍

Melanie A. McDowell

马克斯·普朗克生物物理研究所课题组组长

Melanie 博士是一位专注于膜蛋白靶向与插入机制的结构生物学家。她在牛津大学获得分子与细胞生物化学硕士学位后，加入牛津大学威廉·邓恩病理学院的 Susan Lea 教授实验室攻读博士学位，期间主要研究细菌III型分泌系统中各组分的分子排列机制。出于对这种膜嵌入复合物的浓厚兴趣以及对德国的热爱，Melanie 获得 EMBO 长期奖学金前往海德堡大学生物化学中心，在 Irmi Sinning 教授指导下开展博士后研究。期间她成功解析了Get1/Get2 膜蛋白复合体的结构，揭示了尾锚定膜蛋白插入内质网膜的分子机制。2022 年初，Melanie 荣获马克斯·普朗克学会"自由浮动"研究组长职位这一殊荣，在法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所建立了膜蛋白生物发生研究组。

观看视频，您将获得

✔ 膜蛋白去垢剂筛选与稳定性评估方法

✔ 针对冷冻电镜应用的样品均一性控制技巧

✔ nanoDSF 技术的创新应用方案

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· 00:00:07-00:03:01 膜蛋白研究背景

· 00:03:16-00:05:26 膜蛋白溶解策略

· 00:07:37-00:09:56 去垢剂特性分析

· 00:10:01-00:12:33 溶解效率评估

· 00:13:25-00:15:46 均一性检测技术

· 00:16:56-00:19:26 稳定性优化

nanoDSF 技术优势

✓ 微量样品（μg级）

✓ 同步检测T_m值 & 聚集倾向

案例一：优化去垢剂条件

以一种膜蛋白为例，展示了如何通过 nanoDSF 技术筛选出最适合的去污剂。实验中，首先确定了膜蛋白在不同去垢剂中的热稳定性，发现 LMNG 和GDN 两种去垢剂对膜蛋白的稳定性较好。随后，通过尺寸排阻色谱验证了在优化条件下纯化的膜蛋白具有更高的产量和均一性。

案例二：DLS 与 nanoDSF 技术联用

展示了如何利用动态光散射（DLS）与微量差示扫描荧光技术（nanoDSF）技术评估膜蛋白在不同去垢剂中的均一性和稳定性。实验结果表明，在 DDM 中纯化的膜蛋白具有良好的均一性和热稳定性，但在 CHAPS 中，膜蛋白的粒径明显增大，且热稳定性降低，这表明 CHAPS 可能使膜蛋白发生变性，不适合用于后续的实验应用。

· 00:22:22-00:24:36 冷冻电镜专用优化

· 00:25:36-00:27:46 结构验证金标准

Prometheus Panta

蛋白稳定性分析平台 （价格咨询）

「全面表征蛋白质构象、胶体和化学稳定性」

• 四大技术模块：微量差示扫描荧光nanoDSF 、背反射Backreflection、动态光散射 DLS、静态光散射 SLS，可灵活升级，可同时开启
• 无需标记样品：利用蛋白质内源荧光检测，无需添加染料，可进行无标记Thermal Shift Assay
• 操作简便：仅需 10μL 样品，通过毛细作用上样，一 “吸” 一 “放” 即检测
• 可升级自动化机械臂，实现全自动无人值守
• 兼容去垢剂，可检测高粘度样品
• 无液流系统，免维护