【摘要】：蛋白質的淀粉樣聚集行為往往會引起神經退行性疾病,例如帕金森綜合征、阿爾茲海默癥等,類淀粉樣蛋白結晶對于理解和揭示蛋白質淀粉樣聚集行為中分子機制以及發(fā)展相關治療手段至關重要,而在另一方面,蛋白質淀粉樣聚集所提供的高度有序結構為新材料的合成與設計提供了嶄新的平臺和模板。然而在熱力學上難以區(qū)分蛋白質淀粉樣纖維化和結晶,淀粉樣晶體的獲得通常被限定在淀粉樣相關的多肽,對于淀粉樣相關的蛋白質,由于熵的限制更易于形成淀粉樣纖維而難以形成晶體,獲得淀粉樣蛋白質晶體仍然是一項巨大的挑戰(zhàn)。為此,我們通過蛋白質解折疊,發(fā)展了動力學驅動的類淀粉樣蛋白質非經典結晶途徑,主要包括類淀粉樣納米晶的兩步形核,和基于介觀組裝的生長,實現(xiàn)類淀粉樣蛋白質晶體的結構和功能調控。研究工作總結如下:(1)首先我們研究類淀粉樣蛋白質納米晶的兩步形核過程。通過三(2-羧乙基)膦(TCEP)還原溶菌酶中二硫鍵使其解折疊,從而激發(fā)類淀粉樣轉變。解折疊鏈之間形成的短程有序β-sheets聚集體,動力學控制的準平衡態(tài)組裝能夠抑制蛋白質之間過強作用(over interactions),促使短程有序的β-sheets聚集體能夠進行有序堆積,形成類淀粉樣納米晶體,該晶體具有典型'核-殼'結構,即納米晶體作為'核'嵌入在由解折疊鏈構成的'殼'中。(2)以(1)為基礎,我們發(fā)現(xiàn)了第一例(生物)大分子介晶,在此之前介晶的獲得被限制在無機物結晶以及一些有機小分子結晶中,如氨基酸和有機染料。由解折疊鏈形成無定型殼提供動力學能壘穩(wěn)定蛋白質納米晶,在一定條件下克服動力學的能壘,類淀粉樣納米晶體結構能夠通過介觀晶體學有序組裝形成蛋白質介晶,蛋白質介晶進一步融合形成具有分級結構的柔性大面積片狀單晶�；赥EM、SAED、HR-XRD和SAXS等結構表征建立了類淀粉樣蛋白質納米晶的堆積模型,確定蛋白質納米晶是由β-sheets聚集體堆疊而成的體心立方結構。(3)以(1)和(2)為基礎,我們提出基于動力學調控蛋白納米晶有序組裝的介晶化途徑來實現(xiàn)淀粉樣蛋白質晶體結構和形貌調控。一方面,這種核殼結構的蛋白質納米晶具有'外柔內剛'的特點,具有多層分級結構的'剛性'結晶核能夠抵抗β-sheets結構本身的柔性擾動,同時解折疊鏈構成的柔性'殼'能夠釋放組裝過程中的彈性形變,這兩者能夠使得納米晶即使在較高溫度下仍不受β-sheets本身結構扭曲的影響,而實現(xiàn)晶態(tài)自組裝。另一方面,蛋白質納米晶作為高級的β-sheet有序組裝體,具有典型的'面(face)'和'邊(edge)'的異質結構,使蛋白質納米晶實現(xiàn)各向異性的組裝和生長。如疏水作用主導蛋白質納米晶的“面-對-面堆疊(face-to-face packing)”形成柳葉狀單晶,而氫鍵主導蛋白質納米晶的“邊-對-邊擴展(edge-to-edgeextending)”,從而得到微米級多晶片層,多晶片層進一步在氣/液界面堆疊形成水凝膠薄膜。水凝膠薄膜可在進一步的緩慢自然干燥過程中,通過揮發(fā)誘導自組裝(EISA)引起內部片晶的有序組裝融合,從而促使水凝膠轉變?yōu)橛行蚨鄬拥牡矸蹣拥鞍踪|晶體薄膜。(4)類淀粉樣蛋白質納米晶表面暴露出大量的氨基酸殘基,可以和金屬離子、納米顆粒以及膠體顆粒表面產生相互作用,另外蛋白質納米晶的可控介觀組裝能夠產生復雜分級結構,基于這兩點為設計和制備復雜分級結構的雜化材料提供了平臺。我們實現(xiàn)了金離子復合膠體粒子和蛋白質納米晶共組裝,從而制備出蛋白質-金雜化晶態(tài)軟材料;利用蛋白質和金納米顆粒界面相互作用,介導金納米顆粒組裝形成的分支超結構;以蛋白質納米晶為模板實現(xiàn)了微孔/介孔Co304單晶納米片的制備。
【圖文】：

未完全清楚，但它們的聚集體都具有相似的特點，，即蛋白質錯折疊或解折疊體之逡逑間形成平行或反向平行＾－ｓｈｅｅｔｓ聚集體，同時結構配對的＾－ｓｈｅｅｔｓ聚集體組裝形成逡逑空間拉鏈式結構（ｓｔｅｒｉｃ邋ｚｉｐｐｅｒ）｜ｘ｜，々ｓｈｅｅｔｓ聚集體組裝（圖１－１）形成的空間拉鏈式的逡逑結構是形成穩(wěn)定淀粉樣蛋白質聚集體如淀粉樣纖維的關鍵。在此過程中這類由蛋逡逑白質間的Ａ－ｓｈｅｅｔｓ聚集體物質可統(tǒng)稱為淀粉樣蛋白聚集或組裝體（ａｍｙｌｏｉｄ邋ｐｒｏｔｅｉｎ逡逑ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ邋ｏｒ邋ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）邋0逡逑蛋白質折吞休邐Ｐ邋ｓｈｅｅｔｓ聚集體逡逑圖１－丨蛋白質淀粉樣變性形成爐ｓｈｅｅｔｓ聚集體組裝的示意圖１８１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ／？－ｓｈｅｅｔｓ邋ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ邋ｉｎ邋ｐｒｏｔｅｉｎ邋ａｍｙｌｏｉｄｏｓｉｓ＊８１逡逑１．１．２蛋白質折疊和聚集逡逑天然蛋白的折疊是一個高度復雜的過程。蛋白質折疊的中間體在溶液中是逡逑普遍存在的［｜２１，但是這些中間體結構在疏水核心的作用下非常容易坍塌收縮形成逡逑可溶致密的非原生（ｎａｔｉｖｅ）構象（圖１－２）�？焖凫`敏的光譜測量技術顯示，即使是分逡逑１逡逑

重要的‘墊腳石’，而天然蛋白質分子直接形成錯折疊或解折疊構象則需要大規(guī)模的逡逑重組。與此同時，非天然折疊中間體的形成會造成蛋白質折疊漏斗狀能量全景圖逡逑中（圖１－３）出現(xiàn)崎嶇粗糙的路線［１４“５１。蛋白質由多個折疊單元按一定順序自組裝形逡逑成［｜５１，當這些結構單元相互分離而不產生相互合作，或解組裝時，會產生天然蛋逡逑白質動力學折疊的柱塞，從而使蛋白質錯折疊發(fā)生的概率增大［１６＿１７］。逡逑Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ邋ｓｔａｒｌｉｎｇ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ逡逑；邋＼邋＼＾邐／逡逑＇＼１邐一＂＂＂＂Ｎａｔｉｖｅ邋＾ｒｕｃｔｕｒｅ邋＼邐－／逡逑＇Ｌ—■￣￣￣￣邋Ｎｕｍｂｅｆ邋ｏｆ邋ｒｅｓｉｄｕｅ邋ｃｏｎｔａｃｔｓ逡逑圖１－２蛋白質折疊能量全景圖，表面是由計算機模擬一個小蛋白質峰高度簡化模型。表明的逡逑漏斗是由許多變性構象形成的獨特本征結構，在一個簡單的表面上的臨界區(qū)域即鞍點對應的逡逑是過渡態(tài)，如果分子要折疊到原始狀態(tài)，都必須穿過此屏障［１４］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｌａｎｄｓｃａｐｅ邋ｆｏｒ邋ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｆｏｌｄｉｎｇ
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;O629.73

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本文編號：2593450