《構建具有生物活性的蛋白酶超分子聚合物》是依託吉林大學，由羅全擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：構建具有生物活性的蛋白酶超分子聚合物
- 項目類別：青年科學基金項目
- 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
以結構複雜且易失活的蛋白酶作為構築模組，設計製備自主創新的活性蛋白酶組裝體極富挑戰性。本課題擬以谷胱甘肽硫轉移酶(GST)為構築模組，在兼顧GST固有的高效生物活性的基礎上，探索在溫和條件下能有效組裝蛋白酶形成超分子聚合物的選擇性修飾方法。即運用蛋白質模擬技術構建可靠的GST模型，通過對GST模型表面的胺基酸構象進行分析，精確鎖定GST表面最佳的修飾位點。將帶有目的基團的短鏈或甲硫氨酸類似物通過化學或分子生物學方法引入GST表面的擬修飾位點，利用引入的目的基團之間成鍵，並結合超分子技術即可實現GST聚合物的自組裝。進一步以GST聚合物組裝體為基礎，緊密結合光譜學、結構學、化學和酶學等多學科交叉，對GST聚合物組裝體的結構、形貌以及生物活性進行表征分析。本研究可解決活性蛋白酶在體外難以組裝的問題，為製備出結構更為複雜的活性蛋白酶組裝體提供新的思路和借鑑。
結題摘要
蛋白是生命的物質基礎，研究其自聚集現象，將有利於揭示生物分子如何從微觀向巨觀演變發展的規律，推動生物醫學材料的發展。本項目以結構複雜且易失活的谷胱甘肽硫轉移酶（GST）作為構築基元，通過溫和的蛋白表面定點修飾技術，引入外源功能基團。利用基團間可逆的、方向性的非共價作用力誘導蛋白彼此間識別、聚集，製備具有生物酶學活性的蛋白酶超分子聚合物。所有的研究工作均按照原有申請計畫進行，進展較為順利，並取得了預期實驗結果。主要研究成果如下： 1.運用基因工程技術，在GST的N末端修飾一段由6個組氨酸殘基（His）組成的肽鏈。通過His與金屬鎳離子間的螯合作用，結合GST二聚體自身C2對稱的結構特點，成功誘導GST自組裝形成鏈狀超分子聚合物。進一步利用EDTA分子，競爭性螯合鎳離子，破壞蛋白間非共價金屬配位作用，使GST超分子聚合物發生解聚，實現其聚合與解聚過程的可逆調控。所得GST超分子聚合物經生物酶學表征，結果表明該聚合行為可略微提高蛋白酶的生物活性，實現蛋白酶分子間彼此協同催化，提升了其潛在的套用價值。 2.依據計算機模擬結果，運用基因突變技術，在GST特定識別界面設計修飾一個組氨酸殘基（Cys137→His137）。通過GST二聚體彼此間突變的His137和相鄰的His138與金屬鎳離子的螯合作用，並利用蛋白-蛋白識別界面間多重非共價作用力輔助，使蛋白自聚集方向發生改變，形成首尾相連的環狀GST超分子聚集體。該研究成果揭示蛋白自聚集的一般規律，即由蛋白彼此間首要識別因素與蛋白界面間多重弱相互作用協同驅動的自下而上的自組裝過程。進一步通過調節溶液中鹽離子濃度，禁止蛋白界面間靜電作用網路，調控蛋白-蛋白識別的非共價相互作用力，成功獲得尺寸大小不同的環狀GST超分子聚合物，使蛋白自聚集朝著完全可控的方向又邁出重要一步。 3.受前期工作1的啟發，運用基因工程技術，在GST的N末端修飾一段由苯丙氨酸-甘氨酸-甘氨酸（FGG）組成的肽鏈。利用FGG與葫蘆尿8（CB8）間的主客體相互作用，成功誘導GST形成超分子聚合物。進一步通過人工仿酶技術，在GST單體中設計構築硒酶催化中心，獲得高效穩定的抗氧化劑，實現了蛋白超分子聚合物的功能化與套用。
