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    我国学者在短肽自组装机制和结构调控研究方面取得重要进展

    日期 2018-12-29   来源:化学科学部   作者:高飞雪 雷惊雷  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目批准号:21673293, 21573287, 21503275)等资助下,中国石油大学(华东)徐海教授课题组与国内外学者合作,在短肽自组装机制和结构调控研究中取得重要进展。相关成果以“Nanoribbons Self-assembled from Short Peptides Demonstrate the Formation of Polar Zippers between β-sheets”(短肽自组装纳米带证实β折叠片之间极性拉链结构的形成)为题,于2018年11月30日在《自然》子刊Nature Communications(《自然·通讯》)上发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07583-2。

      著名生物化学家Max Perutz(马克斯·佩鲁茨)在上世纪90年代提出了“极性氨基酸拉链结构”。这种“极性氨基酸拉链结构”存在于聚谷氨酰胺链(strand)之间。徐海团队设计了序列为I3QGK, I3SGK, I3NGK等系列小分子短肽,通过原子力显微镜、小角中子散射、固体核磁共振等技术研究了其自组装纳米结构,发现“极性氨基酸拉链结构”也可以在β折叠片之间形成,从而促使β折叠片的侧向堆积。该结构为一种新型的超二级结构,有利于肽的分级组装形成有序聚集体。

      此前,该课题组设计了KI4K, KI3NleK, KI3LK, KI3TleK, KI3VK, KI2V2K, KIV3K, KV4K等系列Bola型两亲性短肽,发现这类短肽易于自组装形成纳米管状结构,通过改变疏水残基的疏水性和侧链分支,可以实现纳米管尺寸的定向调控。针对手性在肽自组装中的传递机制和规律这一科学问题,该课题组通过改变短肽氨基酸残基的手性,设计了系列互为对应异构体的I3K分子,研究发现肽链C端赖氨酸(K)残基的手性决定了组装体纳米纤维的螺旋手性,N端疏水性异亮氨酸(I)残基的手性决定了组装体圆二色光谱的信号特征。

      上述研究结果不仅提高了人们对多肽和蛋白质折叠、组装的认识,而且对通过分子设计构筑新型的肽基超分子结构和生物材料具有重要的指导意义。在此基础上,该研究团队设计开发了系列具有高效抗菌、抗肿瘤和快速凝血性能的功能性短肽,并依此授权了多项国家发明专利。

    图. β折叠片之间形成的极性氨基酸拉链

    图. 短肽C端氨基酸手性控制自组装纳米纤维的螺旋方向




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