6-21 “站立”还是“躺下”？——界面亲疏水性调控短肽一维“外延”自组装模式

日期：2006-06-21　　访问次数：3469

许多人认为分子之间特异相互作用只有在生物体系中才产生，但当前的一些探索发现，生物分子可以和非生命物质（材料）形成类似的特异相互作用。例如，短肽可以在无机晶体表面进行自组装，某些序列的短肽甚至可以沿着晶格方向进行一维“外延”生长。这方面的研究对生物分子在无机界面的自组装、生物分子人工纳米结构的制造具有重要意义。中科院上海应用物理研究所张峰等人的研究工作发现，界面的亲疏水性可以显著地调控某些短肽选择性地“外延”生长。
 
 中科院上海应用物理研究所首次发现，与三种神经疾病有密切关系的生物分子短肽GAV-9有两种截然不同的生长方式：“站立”和“躺下”。该研究对老年痴呆症等疾病的机理具有重要启示。
 
 在三种重要神经退行性疾病(老年痴呆症、帕金森氏病、疯牛病)中，蛋白的积聚被认为与疾病息息相关。课题组研究短肽GAV-9生长机理发现：短肽GAV-9在云母表面形成了“站立”的纳米纤维；而在石墨的表面则为“横躺”的纳米纤维，该项研究对理解蛋白积聚的动态机制具有启示。
 
 短肽的“外延”生长主要依靠弱相互作用，不同于半导体中的外延生长，这导致短肽的外延生长机制表现得非常复杂。张峰等人研究了一种重要的弱相互作用——亲/疏水相互作用如何影响短肽在无机晶体表面的生长模式。通过实时地观测短肽GAV-9在亲/疏水的无机晶格表面一维外延生长的动态过程，发现在亲水的云母表面，GAV-9肽形成了约3纳米高的纤维并沿着云母表面的晶格双向快速生长，其高度与GAV-9肽的理论长度一致。他们认为GAV-9肽利用其末端的带正电氨基端与云母表面带负电的氧原子之间的静电相互作用，再结合其肽链间的疏水相互作用一起形成了“站立”的纳米纤维。相反，在疏水的石墨表面，GAV-9肽利用其肽链与衬底间强烈的疏水作用形成了均匀的高度约0.9纳米的“横躺”纳米纤维。同一种短肽在不同亲疏水衬底表面均采用一维外延生长方式形成不同模式的纳米纤维，这种现象还是第一次被发现。由于GAV-9肽是三种重要神经退行性疾病（帕金森氏病、老年痴呆症、疯牛病）的积聚蛋白的核心同源序列，该项研究同时对理解蛋白质积聚的动态机制也有启示。
 
 该项工作由上海应用物理所同步辐射蛋白质晶体学实验室何建华研究员，核分析单分子探测和操纵实验室张益副研究员和上海生科院生化细胞所胡红雨研究员通过紧密的学科交叉，共同合作完成。三个研究组一直合作研究纳米尺度生物分子的自组装现象，探索蛋白质晶体生长和结构解析新方法，期望为将来依托上海光源开展蛋白结构与功能研究奠定特色基础。该项工作是他们系列研究的最新进展，发表在德国《应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed. ,2006，45，3611-3613 ）。虽然他们已经观察到多肽的自组装现象，进一步的工作将探索多肽自组装的机制和应用。(张峰 胡钧供稿)
 
 
 摘自：东方早报