How to describe protein crystals correctly? - case study of lysozyme crystals

Abstract

Proteinkristalle gewinnen bei therapeutischen (z.B. Insulin) sowie bei industriellen Anwendungen (Medikamente, Lebensmittelzusatzstoffe, Konservierungsmittel, Waschmittel-zusätze etc.) immer mehr an Bedeutung. Zudem stellt die Proteinkristallisation auch einen wichtigen Prozessschritt bei der Proteinaufreinigung dar. Lysozymkristalle unterschiedlicher Morphologien wurden als Model-Proteinkristalle verwendet und mit verschiedenster Analytik untersucht. Lysozymkristalle konnten als „Multi-Komponenten“-Systeme identifiziert werden. Die Tetragonalen, die HTO (high temperature orthorhombic) und die LTO (low temperature orthorhombic) Kristalle des Lysozyms haben vier Hauptbestandteile (Protein, Kristallwasser, freiem diffusionsfähigem Wasser einschließlich Puffer, Kristallisationshilfsmittel), jedoch variieren sie in ihren Massenanteilen, sodass sie im Sinne von Polymorphen nicht miteinander verglichen werden dürfen. Demzufolge ist es falsch, die Löslichkeiten der Tetragonalen, der HTO zusammen oder mit den Löslichkeiten der LTO Morphologie in einem Phasendiagram darzustellen bzw. zu vergleichen. Zudem wurde ein ungewöhnliches Auflöseverhalten beobachtet, was aufgrund der komplexen Proteinkristallzusammensetzung nicht überraschend ist. Das Auflösen von Lysozymkristallen erfolgt durch die Bildung eines „skelettartigen“ Kristallkörpers, der in einzelne Kristallfragmente zerfällt, die sich anschließend auflösen. Erklärungsansätze zum Auflöse-Phänomen von Lysozymkristallen, welches sich je nach Bedingungen auch verändern kann, werden diskutiert.