2019年1月4日
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匡亚明学院、脑科学研究院董昊教授和王炜教授课题组合作在功能多肽自组装领域取得新进展

生物分子的自组装提供了构建生物相容性纳米材料的可靠方式。通过改变多肽链的氨基酸序列,可以产生具有不同形态和不同功能的分子聚集体。 2014年,W。DeGrado等人。使用7肽链制备淀粉样蛋白纤维结构的自组装聚集体,以实现模拟碳酸酐酶并有效催化二氧化碳的可逆水合反应。后来,有报道称使用类似的分子机器进行催化氧化。尽管在实验研究中已经取得了一些进展,但许多问题如多肽链的自组装机制,聚集体的结构和影响催化活性的因素仍有待解决。

近日,手机赌博网站严一鸣教授,脑科学研究所董伟教授,王伟教授和上海科技大学卢新霞教授研究小组与不同类型多肽链研究小组合作,使用多尺度模拟方法结合实验表征。研究了分子聚集体的形态和微观结构,影响结构的热力学和动力学因素以及催化性能的调节机理。揭示了氨基酸序列,自组装结构和活性功能之间的复杂关系。

图1.由不同序列多肽形成的聚集体结构

图2.不同序列多肽的催化机制和反应势能面

已经发现,亲本多肽链通过氢键和范德华力以及溶剂中的疏水相互作用自发地形成类似于磷脂双层的有序结构。改变多肽链的氨基酸序列可以显着改变聚集体的形态。由相邻多肽链形成的β-折叠结构将表现出不同的平行或反平行排列,并且整个纤维结构也将表现出不同程度的变形。通过比较特征参数,如系统中的氢键数,扭曲角和溶液的可接触面积,发现“扭曲”结构可以更好地平衡“刚性”和“柔韧性”。与“扁平”结构相比。这种动态平衡不仅确保了自组装结构的稳定性,而且当与自组装结构表面上形成的反应中心结合时,催化所需的金属离子能够形成最佳的配位结构,从而有效地实现催化功能。 。通过高精度量子力学计算的反应路径表明,“扭曲”结构所经历的反应能垒低于“扁平”结构,表明结构的微观差异是影响催化反应的重要因素。 。通过对400多种碳酸酐酶晶体结构的分析,发现天然酶的活性中心具有相似的“扭曲”结构,进一步表明天然酶活性中心微环境的模仿是关键用于改善酶活性的参数。因此,本研究从原子水平了解肽自组装的结构和机理,并将特定的微观结构与宏观性质联系起来,为设计具有更高催化活性和更广催化能力的功能性生物材料提供理论指导。和基础。通过固体核磁等多种实验表征方法验证了理论计算提出的结构模型,充分说明了多尺度模拟方法具有良好的准确性和可预测性。此外,这项工作在脑科学相关的脑疾病研究中具有重要作用。

最近,该结果在线发表在美国化学学会杂志上,标题为“自组装短肽的催化活性的原理”(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b08893)。手机赌博网站燕亚明学院是论文的第一个传播单元。手机赌博网站化学化工学院2014年本科生宋瑞琪和上海科技大学研究生吴夏莲是该论文的共同第一作者。

该研究由科技部,基金委员会和江苏省科技厅,“江苏省特聘教授”和“手机赌博网站登封人才计划(B级)”和手机赌博网站脑科学学院资助。研究机构。

(匡亚明学院科技部)