0 前言
X 射線單晶衍射技術是目前最成功的蛋白質結構檢測方法。PDB 資料庫中已有超過6萬個蛋白質結構，而其中85%以上的結構是通過這個方法解析得到的。雖然如此，蛋白質結構解析的速度仍然遠低於新功能性蛋白質的研究需求速度。近幾年，世界範圍內有超過1800 個基因組測序工程，其中1500 個正在進行，335 個已經完成測序工作[1]，已經產生了超過320 萬非冗餘蛋白質序列[2]。因此，必須加快蛋白質結構的解析速度以適應蛋白質序列測序工作的快速發展。
目前，生長大的衍射質量的蛋白質晶體仍舊是結構檢測的最大障礙[3-5]。成功獲得適合衍射的蛋白質晶體分為兩個步驟[6]：第一步是篩選結晶條件獲得晶體。當前，稀疏矩陣法[7]
是應用最廣泛的結晶篩選方法，該方法利用大量不同的結晶溶液進行蛋白質結晶來尋找合適的結晶條件。第二步是優化結晶條件獲得衍射質量的晶體。
蛋白質結晶過程受多種因素影響，如沉澱劑型別、濃度、pH 值、溫度等。由於溶液的化學條件複雜，大多數研究著重在pH 值、鹽的型別、濃度和新增劑如聚合體或多羥基化合物等條件上。雖然溫度一直以來被認為很重要[8]，但是沒有受到足夠的重視。傳統的蛋白質結晶實驗是在恆溫條件下進行的，應用最廣泛的是277K 和293K[9]。事實上很多蛋白質只有在其適合的溫度條件下才能結出晶體[10]。
溫度對蛋白質結晶的影響，從本質上說是由於溫度的改變引起蛋白質的溶解度的改變，從而改變過飽和度，繼而影響蛋白質的形核和晶體生長過程[11]。Christopher 等人[12]任意選擇30 種蛋白質，發現其中86%的蛋白質其溶解度受到溫度的明顯影響。通常溫度變化1K，溶解度變化約10% [13]。另外，在高沉澱劑濃度下，溫度對蛋白質溶解度的影響顯著減小[14]。
控制溫度是重複結晶實驗的先決條件[15]。
溫度的研究主要集中在提高晶體質量[16]，提高結晶篩選成功率[17,18]，溶解性[19-21]，和形核速率測量上[22]。溫度誘導方法既可以提高蛋白質結晶篩選的成功率，同時也可以用來獲得高質量的蛋白質晶體。利用溫度控制蛋白質結晶的方法有很多，我們將對恆溫（篩選最佳結晶溫度）及變溫下的蛋白質結晶研究進行綜述。
1 恆溫應用於蛋白質結晶
不同蛋白質的最佳結晶溫度不同。同一種蛋白質不同溶液體系下，由於溶解度與溫度的關係不同[23]，最佳結晶溫度也不同。同一種蛋白質，溫度影響溶解度的趨勢可以通過改變沉澱劑的型別來逆轉。如Histamine and V8 protease (P6306)[23]在100mM Na Acetate, 100mMNH4SCN, 20%(w/v)PEG4000， pH 5 的溶液中，其溶解度隨溫度增加而增大；而在100mMMOPS, 100mM NH4Br, 80%(w/v)PEG400，pH 7 的溶液中，其溶解度隨溫度增加而減小。大多數情況下，每種蛋白質在特定溶液條件下，均有自己的最佳結晶溫度，因此需要考慮結晶溫度的優化。
1.1 溶液區域性區域控制溫度
蛋白質結晶可以通過兩種方法實現：一種方法是異相形核，另一種方法是均勻形核。第一種方法需要有誘導形核的表面，而選擇合適的表面是這種方法的關鍵因素。第二種方法中需要形核的過飽和度比晶體生長所需過飽和度高很多，因此，形核的數量和晶核生長的速度都很難控制。溫度可以用來控制晶核的形成數量和晶體的生長速度[24]。DeMattei 等人[25]發展了一種控制形核和生長的方法，該方法選擇接近過飽和的均勻溶液條件，在部分割槽域改變溫度使其到達過飽和，從而控制形核的位置和數量。通過這種方法控制溶液小區域的溫度實現更少晶核的形成，成功生長了高質量的溶菌酶晶體。
1.2 尋找最佳溫度用於蛋白質結晶
每種蛋白質的最佳結晶溫度是不同的。在生長蛋白質晶體過程中，需要尋找最佳結晶溫度。由於重組雲杉卷葉蛾抗凍蛋白[26]的微觀不均一性導致這個蛋白很難結晶，Leinala 等[26]