新型人工合成蛋白質在質子運輸方面可與天然蛋白質媲美

2020-12-04 中國數字科技館

科學家們創造了一種新型聚合物,其功能媲美天然蛋白質,能有效實現跨膜質子運輸。 (圖片來源:橡樹嶺國家實驗室 /Jill Hemman)

生物膜,對大多數活細胞而言是「圍牆」般的存在,主要由形成結構的雙層脂質,或者說「脂質雙分子層」以及多種具有高度功能化的內嵌和附著蛋白組成,其中包括能夠快速、選擇性地運輸離子和分子出入細胞的蛋白質。

自二十世紀中葉以來,人工膜已被用於小型和大型工業生產過程,但它們的低效率可能會使一些過程事倍功半。長期以來,科學家們一直尋求開發一種合成膜,這種膜的選擇性和高速傳輸性能與天然膜相媲美。

現在,加州大學伯克利分校的研究人員領導的一支團隊設計出了一種新型聚合物,並利用橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的中子散射裝置實現了對該聚合物的精確定性,這種新型聚合物的跨膜運輸質子能力與天然蛋白質一樣高效。他們的研究結果發表在《自然》雜誌上。

這一重要的裡程碑有望改造大批用途廣泛的技術,如電池和水淨化系統將更有效和更便宜,或者將能以更具經濟效益的方式生產改良的生物燃料和藥品。

加州大學伯克利分校教授、勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學部的科學家Ting Xu表示:「我們將新的聚合物插入脂質雙層膜中,它們就像天然蛋白質一樣輸送質子。」

「這些聚合物很難成像和研究,因為它們的密度和脂質密度十分相近。因此,我們通過選擇性地氘化樣品中的脂質來增強對比——這意味著我們用氘原子代替了其中的一些氫原子,氘原子的中子尤其適用於區分氫原子。這使得我們能夠在橡樹嶺實驗室在使用中子散射來更好地『觀察』單個聚合物的大小和形狀。」Ting Xu補充道。

在ORNL的高通量同位素反應堆(HFIR)中,研究人員使用了通用小角中子散射(GP-SANS)束線來進行實驗。

「GP-SANS儀器使加州大學伯克利分校研究人員領導的團隊能夠確定:聚合物是緊密的結構,它們隨機分散在膜內,而不是聚集在一起。」ORNL的SANS/Spin Echo團隊負責人William T. Heller說,「我們選擇了GP-SANS儀器,因為它適配聚合物的大小,並且它的強光束非常適合研究不會強烈散射的樣品。」

Ting Xu和她的同事們介紹,新聚合物的主要成分是四種單體,它們可以用不同的方式組合在一起,從而產生功能蛋白模型。「我們的新技術之所以如此有前途,是因為它的可擴展性,而且我們已經具備相關知識。」Ting Xu表示,「考慮到可用單體的龐大數量以及聚合物化學的最新進展,將合成領域和生物領域結合起來的可能性幾乎是無限的。」

作者:Paul L Boisvert

翻譯:曾欣欣

審校:董子晨曦

引進來源:橡樹嶺國家實驗室

原文連結:https://phys.org/news/2020-03-synthetic-proteins-rival-natural-counterparts.html

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