《基於蛋白自組裝仿生智慧型微體系的設計與研究》是依託吉林大學，由羅全擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於蛋白自組裝仿生智慧型微體系的設計與研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅全
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自然界的生命體是由各類生物分子通過不同層次的組裝自發形成結構複雜而又精確的功能微體系組成。從微觀至巨觀，研究生命體的自組裝現象，已成為發展新材料和新體系的重要途徑之一。本課題以模擬生物微結構為導向，依據蛋白結構和表面性質，結合分子模擬和蛋白-蛋白對接虛擬篩選，利用基因突變/融合或溫和化學反應等方法對蛋白質側鏈基團實施選擇性修飾，在蛋白界面特定區域引入非共價驅動力，運用超分子調控，構築多層次、多維的蛋白質組裝體。進一步以組裝體高級結構為基礎，通過蛋白質設計與功能化修飾，並利用蛋白或修飾分子的環境回響性，實現外界刺激下組裝體結構與功能的調控，製備以蛋白為構築基元的超分子仿生智慧型微體系，為生物醫用材料的發展奠定基礎。其主要目標包括建立多種蛋白自組裝新策略，構築由一維向多維拓展的蛋白組裝體高級結構，研究蛋白質在微/納米尺度上的自組裝過程與機制，探索蛋白組裝體結構與功能調控在生物學相關領域的套用。
結題摘要
自然界的生命體是由各類生物分子通過不同層次的組裝自發形成結構複雜而又精確的功能微體系組成。從微觀至巨觀，研究生命體的自組裝現象，已成為發展新材料和新體系的重要途徑之一。本項目主要研究內容是以模擬生物微結構為導向，依據蛋白結構和表面性質，結合分子模擬和蛋白-蛋白對接虛擬篩選，利用基因突變/融合或溫和化學反應等方法對蛋白質側鏈基團實施選擇性修飾，在蛋白界面特定區域引入非共價驅動力，運用超分子調控，構築蛋白質組裝體。通過蛋白質設計與功能化修飾，並利用蛋白或修飾分子的環境回響性，實現外界刺激下組裝體結構與功能的調控，製備超分子仿生智慧型微體系。項目執行後，獲得了以下重要研究成果：1. 運用蛋白質分子對接和基因工程定點修飾技術，實現了天然酶活性中心在別構蛋白中的精準構築，模擬天然酶的催化功能，並利用蛋白質骨架的環境回響性別構效應可逆操控其催化活性，獲得了鈣離子和ATP回響的智慧型抗氧化硒酶（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13536；ACS Catal., 2017, 7, 1875）；2. 通過在谷胱甘肽硫轉移酶（GST）的活性空腔中選擇性化學修飾光回響變構的偶氮苯分子，利用偶氮苯與環糊精可逆的主客體複合，調控GST活性空腔的開啟與關閉，獲得超分子遠程光調控的智慧型GST酶（ACS Catal., 2017, 7, 6979）；3. 利用靜電誘導和葫蘆脲8（CB[8]）三元複合主客體相互作用，分別操控SP1和GST蛋白的組裝過程，結合蛋白質仿酶技術，構築了具有抗氧化功能的納米硒酶催化體系（Chem. Commun. 2016, 52, 4092），或通過在GST體系中融合鈣離子回響的recoverin蛋白，實現了蛋白組裝體的刺激回響性結構收縮，模擬類肌肉的納米彈性微體系（Chem. Commun. 2016, 52, 2924）。4. 利用CB[8]與偶氮苯（Azo）、甲基紫晶（MMV）的三元複合作用，通過點擊化學反應，製備了蛋白質或多肽的超雙親組裝囊泡微體系，實現了藥物分子的靶向運輸和遠程光控制的釋放（ACS Appl. Mat. Inter. 2018, 10, 4603）。上述研究涉及蛋白質的組裝過程及其結構與功能調控，獲得了多種仿生智慧型微體系，為發展新型生物材料，揭示生命體現象的本質奠定了工作基礎。
