生物分子結(jié)構(gòu)與羥基磷灰石（Hydroxyapatite, HAP）活性之間的量化關(guān)系是研究骨礦化機(jī)制、設(shè)計(jì)基于羥基磷灰石的植入物與藥物載體的理論前提。以3個(gè)經(jīng)噬菌體展示技術(shù)得到的多肽作為模型HAP結(jié)合肽（HAP-Binding Apatites, HBPs）,研究其絲氨酸磷酸化、帶電氨基酸殘基的存在、肽的凈電荷對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)構(gòu)象以及HAP成核與晶體生長(zhǎng)的影響。采用圓二色譜法觀察了HAPs在溶液和結(jié)合態(tài)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。采用透射電子顯微鏡探討了肽鏈對(duì)HAP成核和生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明,HBPs會(huì)抑制Ca-P納米顆粒的成核過(guò)程及其向結(jié)晶HAP的相變,并控制晶體在特定晶體學(xué)方向上的生長(zhǎng)速率,促使HAP晶體形貌由無(wú)組織生長(zhǎng)的典型針狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ蛏L(zhǎng)的仿生板狀,磷酸化且凈電荷高的pVTK對(duì)HAP的成核與生長(zhǎng)的影響最為顯著。 

【文章來(lái)源】：廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2020,19(03)

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【部分圖文】：

骨礦化示意圖[2]

根據(jù)CD光譜分析HBPs在溶液中和結(jié)合態(tài)的相對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果如表2。VTK在溶液中呈現(xiàn)41%的α螺旋結(jié)構(gòu)、17%的β折疊和β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)及42%的無(wú)規(guī)卷曲,而當(dāng)VTK結(jié)合到HAP表面上時(shí),其二級(jí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出67%的α螺旋結(jié)構(gòu)和33%的β折疊和β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。這種從溶液態(tài)到結(jié)合態(tài)的構(gòu)象變化與VTK肽鏈中的帶電氨基酸基團(tuán)與HAP表面離子(如Ca2+與PO4-)的結(jié)合有關(guān),如圖2所示。對(duì)于同時(shí)具有正負(fù)離子的VTK_7E,在溶液態(tài)時(shí)螺旋結(jié)構(gòu)含量高達(dá)91%,與HAP表面結(jié)合后,螺旋結(jié)構(gòu)含量降低至37%,而β結(jié)構(gòu)與無(wú)規(guī)卷曲則相應(yīng)增加。VTK和VTK_7E從溶液態(tài)到結(jié)合態(tài)的二級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,表明了這些HBPs會(huì)發(fā)生二級(jí)結(jié)構(gòu)類型之間的轉(zhuǎn)變。相比之下,pVTK在溶液中主要表現(xiàn)為無(wú)規(guī)卷曲,并且在與HAP表面吸附后保持這種構(gòu)象,這可能是由于無(wú)規(guī)卷曲具有更好的靈活性,比有序的α、β結(jié)構(gòu)更易使帶電殘基與表面相互作用,可能更能影響HAP的結(jié)晶過(guò)程。表2 HPBs在溶液態(tài)和結(jié)合態(tài)的二級(jí)結(jié)構(gòu)特征 溶液態(tài)各構(gòu)型百分比/% 結(jié)合態(tài)各構(gòu)型百分比/% α螺旋結(jié)構(gòu) β折疊 無(wú)規(guī)卷曲 α螺旋結(jié)構(gòu) β折疊 無(wú)規(guī)卷曲 VTK 41 17 42 67 33 0 VTK_7E 91 9 0 37 41 22 pVTK 19 35 46 13 45 42

從TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知,溶液中的Ca2+和PO4-在兩分鐘內(nèi)結(jié)合并形成直徑約為30～50 nm的球形納米顆粒,且這些球形納米顆粒相互連接形成隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)(圖3a)。到10 min時(shí),納米球逐漸聚集并形成了尺寸約為200～500 nm的顆粒(圖3b)。到30 min時(shí),Ca-PO4晶體整體呈現(xiàn)出明顯的針狀聚集結(jié)構(gòu),還有少部分板狀結(jié)構(gòu)和極少的納米球(圖3c),與Ca-PO4 晶體從無(wú)定形納米球到結(jié)晶Ca-P的理論相變過(guò)程相吻合。1 h后,納米球完全消失,主要結(jié)構(gòu)特征為針狀結(jié)構(gòu),并且表現(xiàn)出了更大程度的聚集(圖3d)。通過(guò)對(duì)SAED結(jié)果的分析可以確定HAP晶體的(002)、(211)和(004)面,從而確認(rèn)晶體Ca-P相為HAP(圖4a)。納米球的消失表明大多數(shù)或所有無(wú)定形相已轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶HAP。從4 h到6 d,針狀聚集體持續(xù)生長(zhǎng),并出現(xiàn)了一些六角形板狀結(jié)構(gòu)(圖3e-f)。圖4 Ca-P反應(yīng)1h時(shí)的SAED衍射圖。


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