英國牛津大學最近開發(fā)出一種仿生超級膠,,其超強黏合力無與倫比,能將蛋白質(zhì)分子黏在一起,。這種膠可以用來“抓住”蛋白質(zhì),,或者把蛋白質(zhì)黏在物體表面,甚至用它來組裝蛋白質(zhì)和酶,,黏合各種納米結(jié)構(gòu),。無論是在生物技術(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《美國國家科學院院刊》上,。
“我們希望能像搭積木那樣,把蛋白質(zhì)黏合組裝起來,。但由于生物反應(yīng)之間的力很弱,,我們以前控制這一過程的能力還很差,。”牛津大學生物化學學院馬克·豪沃斯博士說,開發(fā)出這種超強分子膠,,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,,會引發(fā)如嬰兒膿皰病或咽喉痛,;但另一些卻能致命,會導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,,蛋白質(zhì)都是由氨基酸組成,,氨基酸之間以強力共價鍵形成長鏈,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)也是由共價鍵形成,,這種強力化學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共價鍵把蛋白質(zhì)拆解開,把其中較大的一半昵稱為“捕諜器”(SpyCatcher),,較小一半叫“諜標簽”(SpyTag),。然后再讓它們碰在一起,結(jié)果能再次結(jié)合形成強力共價鍵,。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試了要多大力量才能讓“諜標簽”脫離“捕諜器”的掌握,。他們向外拉兩端時,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,它們也沒有分開,。
“我們的系統(tǒng)能迅速形成穩(wěn)定性極高的共價鍵,。'捕諜器’和'諜標簽’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胞內(nèi),,它們都能黏在一起。但它們不會去黏其他的東西,,不會把手指和航空模型黏到一起。”馬克說,,目前還沒有其他類似的黏合生物分子的方法,。一些化學反應(yīng)雖然能在蛋白質(zhì)之間形成共價鍵,但只有一小部分,,而且要很長時間,,或者需要紫外線、有毒催化劑及其他反應(yīng)條件,,而這會損害或細胞,。
這種超級分子膠技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。馬克說,,你可以把“捕諜器”和“諜標簽”黏貼在其他你想黏在一起的分子上,,比如把一個化學過程中的需要的所有酶黏在一起,做成一個 “小工廠”,,能提高反應(yīng)速度,,增加產(chǎn)量;或者把植物轉(zhuǎn)化太陽能的所有生化物質(zhì)黏在一起,,開發(fā)人工光合作用的新途徑,。但其最直接的應(yīng)用還是在實驗室中黏合生物細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
“我們希望能像搭積木那樣,把蛋白質(zhì)黏合組裝起來,。但由于生物反應(yīng)之間的力很弱,,我們以前控制這一過程的能力還很差,。”牛津大學生物化學學院馬克·豪沃斯博士說,開發(fā)出這種超強分子膠,,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,,會引發(fā)如嬰兒膿皰病或咽喉痛,;但另一些卻能致命,會導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,,蛋白質(zhì)都是由氨基酸組成,,氨基酸之間以強力共價鍵形成長鏈,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)也是由共價鍵形成,,這種強力化學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共價鍵把蛋白質(zhì)拆解開,把其中較大的一半昵稱為“捕諜器”(SpyCatcher),,較小一半叫“諜標簽”(SpyTag),。然后再讓它們碰在一起,結(jié)果能再次結(jié)合形成強力共價鍵,。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試了要多大力量才能讓“諜標簽”脫離“捕諜器”的掌握,。他們向外拉兩端時,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,它們也沒有分開,。
“我們的系統(tǒng)能迅速形成穩(wěn)定性極高的共價鍵,。'捕諜器’和'諜標簽’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胞內(nèi),,它們都能黏在一起。但它們不會去黏其他的東西,,不會把手指和航空模型黏到一起。”馬克說,,目前還沒有其他類似的黏合生物分子的方法,。一些化學反應(yīng)雖然能在蛋白質(zhì)之間形成共價鍵,但只有一小部分,,而且要很長時間,,或者需要紫外線、有毒催化劑及其他反應(yīng)條件,,而這會損害或細胞,。
這種超級分子膠技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。馬克說,,你可以把“捕諜器”和“諜標簽”黏貼在其他你想黏在一起的分子上,,比如把一個化學過程中的需要的所有酶黏在一起,做成一個 “小工廠”,,能提高反應(yīng)速度,,增加產(chǎn)量;或者把植物轉(zhuǎn)化太陽能的所有生化物質(zhì)黏在一起,,開發(fā)人工光合作用的新途徑,。但其最直接的應(yīng)用還是在實驗室中黏合生物細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)