納米粒子/蛋白界面作用的調控機制研究

《納米粒子/蛋白界面作用的調控機制研究》是依託吉林大學，由李軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米粒子/蛋白界面作用的調控機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李軍
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

生物分子在納米粒子表面的高效定向連線是納米粒子在生物技術領域套用所必須解決的關鍵問題之一。本研究擬以金納米粒子和辣根過氧化酶（HRP）為模型體系，通過對金納米粒子的系統表面修飾，調控納米粒子與HRP的界面作用位點和作用強度，考察界面作用位點和作用強度對HRP構象和催化活性的影響，從分子水平上理解界面作用的調控規律及其對蛋白空間構象及活性的影響，為納米粒子在生物技術特別是臨床重大疾病早期診斷的套用提供理論和實驗依據。

結題摘要

生物分子在納米粒子表面的高效定向連線是納米粒子在生物技術領域套用所必須解決的關鍵問題之一。本研究以金納米粒子為模型體系，從三肽（谷胱甘肽）、多肽（聚谷氨酸）和功能蛋白酶（HRP）三個不同層次，由簡單到複雜，圍繞結構與活性相關的界面弱相互作用，系統考察了納米粒子與生物分子的界面作用及其對生物分子功能的影響，為分子水平上理解和解析納米粒子/蛋白界面作用的調控規律及其對蛋白空間構象及活性的影響，為納米粒子在生物技術特別是臨床重大疾病早期診斷的套用提供理論和實驗依據。主要研究進展包括：（1）谷胱甘肽修飾金納米粒子的聚集行為是由游離的胺基酸殘基和金屬離子的配位作用強度決定的，其主要與金屬離子種類和體系pH值相關，該研究為深入理解金納米粒子表面金屬離子相關的酶催化和失活機制提供了有益的啟示。（2）谷胱甘肽修飾螢光金納米粒子表面胺基酸殘基質子化過程，可誘導螢光納米粒子從游離分散態向規則的三維球形體轉變，與此對應的發光性質具有環境敏感性，為我們研究納米粒子與蛋白之間靜電、范德華力、偶極、疏水等弱相互作用的協同提供了一種新的途徑。（3）富含羧基的聚谷氨酸與金屬離子配位作用，會影響金納米粒子表面多肽分子內和分子間氫鍵的形成。聚谷氨酸修飾金納米粒子的聚集行為由多肽－多肽之間不同弱相互作用主導，可由氫鍵與配位兩種相互作用競爭與切換。金納米粒子光譜和顏色的改變與多肽構象變化密切相關，可用於研究構象相關弱相互作用。（4）揭示了辣根過氧化酶與金納米粒子結合過程引起辣根過氧化酶活性降低的結構因素，表明辣根過氧化酶的失活過程不僅與其二級結構相關，而且與三級結構和活性中心血紅素的配位環境密切相關，通過結構和活性關係之間的理解，為進一步調控納米粒子／蛋白界面相互作用，改善複合體的生物活性奠定了基礎。（5）通過在Au-HRP複合物表面引入牛血清白蛋白（BSA），可以大大提高金納米粒子結合HRP的活性（提高到80%以上）。光譜研究表明BSA的引入可以有效抑制金納米粒子表面HRP活性中心周圍肽鏈三級結構的改變，其是提高金納米粒子表面HRP活性的前提條件。穩態動力學分析表明BSA的引入儘管會導致對底物親和性的略微降低，但會有效促進底物－產物轉化速率，也有利於金納米粒子表面HRP催化活性的提高。