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“仿菌”超級(jí)膠能黏合蛋白質(zhì)分子

日期:2012-03-01 08:37:37

據(jù)報(bào)道,英國(guó)牛津大學(xué)最近開(kāi)發(fā)出一種仿生超級(jí)膠,其超強(qiáng)黏合力無(wú)與倫比,能將蛋白質(zhì)分子黏在一起。這種膠可以用來(lái)“抓住”蛋白質(zhì),或者把蛋白質(zhì)黏在物體表面,甚至用它來(lái)組裝蛋白質(zhì)和酶,黏合各種納米結(jié)構(gòu)。無(wú)論是在生物技術(shù)還是納米技術(shù)領(lǐng)域,都是一件有用的工具。相關(guān)論文發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

 

    “我們希望能像搭積木那樣,把蛋白質(zhì)黏合組裝起來(lái)。但由于生物反應(yīng)之間的力很弱,我們以前控制這一過(guò)程的能力還很差。”牛津大學(xué)生物化學(xué)學(xué)院馬克·豪沃斯博士說(shuō),開(kāi)發(fā)出這種超強(qiáng)分子膠,是受到一種噬肉菌的啟發(fā)。

 

    許多人咽喉都攜帶有化膿鏈球菌,它們中有一些比較溫和,會(huì)引發(fā)如嬰兒膿皰病或咽喉痛;但另一些卻能致命,會(huì)導(dǎo)致中毒性休克綜合征或噬肉菌癥。噬肉菌中有一種特殊的蛋白質(zhì)FbaB,是它們黏住并侵入人體細(xì)胞的利器。

 

    “這種蛋白質(zhì)非常特殊,它能自發(fā)地與自己發(fā)生反應(yīng),形成一把鎖扣。”馬克解釋說(shuō),蛋白質(zhì)都是由氨基酸組成,氨基酸之間以強(qiáng)力共價(jià)鍵形成長(zhǎng)鏈,折疊、連環(huán)形成各種三維結(jié)構(gòu),這些三維結(jié)構(gòu)的力就相對(duì)較弱;但化膿鏈球菌中的FbaB蛋白的三維結(jié)構(gòu)也是由共價(jià)鍵形成,這種強(qiáng)力化學(xué)鍵能在一瞬間就將氨基酸鏈連接成極牢固的環(huán)。

 

    研究人員先沿著超級(jí)共價(jià)鍵把蛋白質(zhì)拆解開(kāi),把其中較大的一半昵稱為“捕諜器”(SpyCatcher),較小一半叫“諜標(biāo)簽”(SpyTag)。然后再讓它們碰在一起,結(jié)果能再次結(jié)合形成強(qiáng)力共價(jià)鍵。這兩部分,也包括跟它們黏附在一起的任何東西,也都牢牢地釘在一起。

 

    研究人員還用原子力顯微鏡測(cè)試了要多大力量才能讓“諜標(biāo)簽”脫離“捕諜器”的掌握。他們向外拉兩端時(shí),直到拉它們的工具先破裂了,這兩部分仍然牢牢黏在一起;即使在洗滌劑中煮沸了,它們也沒(méi)有分開(kāi)。

 

    “我們的系統(tǒng)能迅速形成穩(wěn)定性極高的共價(jià)鍵。‘捕諜器’和‘諜標(biāo)簽’碰到一起能迅速結(jié)合,不管在酸性還是中性環(huán)境,溫度是4℃還是37℃,不管在試管中還是在細(xì)胞內(nèi),它們都能黏在一起。但它們不會(huì)去黏其他的東西,不會(huì)把手指和航空模型黏到一起。”馬克說(shuō),目前還沒(méi)有其他類似的黏合生物分子的方法。一些化學(xué)反應(yīng)雖然能在蛋白質(zhì)之間形成共價(jià)鍵,但只有一小部分,而且要很長(zhǎng)時(shí)間,或者需要紫外線、有毒催化劑及其他反應(yīng)條件,而這會(huì)損害或細(xì)胞。

 

這種超級(jí)分子膠技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。馬克說(shuō),你可以把“捕諜器”和“諜標(biāo)簽”黏貼在其他你想黏在一起的分子上,比如把一個(gè)化學(xué)過(guò)程中的需要的所有酶黏在一起,做成一個(gè) “小工廠”,能提高反應(yīng)速度,增加產(chǎn)量;或者把植物轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能的所有生化物質(zhì)黏在一起,開(kāi)發(fā)人工光合作用的新途徑。但其最直接的應(yīng)用還是在實(shí)驗(yàn)室中黏合生物細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

 


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