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张文彬课题组发展蛋白质异质索烃的“活性模板”制备方法

拓扑在数学上指图形在连续形变中所保持不变的空间性质,在化学领域则被用来描述分子在不断裂化学键的前提下保有的原子间和链段间的连接关系和空间关系。在高分子中,拓扑结构常常是调控高分子物理性能与功能的重要参数。在生命体系中,由于受到其生物合成机制的限制,新生蛋白质的主链拓扑结构均为线性结构。自然界中仅存在少数非线性拓扑蛋白质(如套索蛋白、打结蛋白以及索烃蛋白等)。从这些有限的例子中,人们发现拓扑结构可赋予蛋白质额外的稳定性和生物功能。因此拓扑调控有望成为蛋白质工程的一种新策略。目前,人工设计的拓扑蛋白质结构仍然较少,其合成方法单一,亟需发展新的合成方法,以适应更多样、更复杂的拓扑结构的制备。


近期,张文彬点击查看介绍课题组发展了一种“活性模板”合成方法,可一步在胞外或胞内实现蛋白质异质索烃的高效制备。“活性模板”的概念最早见于小分子机械互锁结构的制备。它主要利用金属离子预组装各反应组分并进而催化形成共价键,从而固定其机械互锁结构。该研究借鉴了这个方法,通过重新设计SpyTag-SpyCatcher复合物中三个片段(SpyTag/BDTag/SpyStapler)之间的连接关系,在三维空间中人为引入链缠结,从而开发了与生理条件兼容的可用于合成蛋白质异质索烃的“活性模板”方法(图1),在细胞外或细胞内都实现了蛋白质异质索烃的简单模块化合成。后期测试亦表明该种索烃化方式不会影响到蛋白质的三维结构,而且相对于线性结构和环状结构,索烃结构表现出更好的耐蛋白酶水解能力、耐加热变性以及耐机械变性的能力。这意味着蛋白质异质索烃结构在工业酶工程和蛋白质药物中具有一定的潜在应用价值。另外,该方法也展现出广阔的前景,不仅其效率有望利用定向进化技术得到进一步的提升,还有可能发展多种相互正交的活性模板,一步实现高级索烃的简洁制备。

图1. 蛋白质异质索烃的“活性模板”合成方法


该研究近期在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.。北京大学化学与分子工程学院博士生达晓娣为该论文第一作者,张文彬研究员为论文通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和北京大学医学交叉研究种子基金的支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Active Template Synthesis of Protein Heterocatenanes

Xiao‐Di Da, Wen‐Bin Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 11097-11104, DOI: 10.1002/anie.201904943


张文彬博士简介

张文彬,北京大学化学与分子工程学院及软物质科学与工程中心特聘研究员,博士生导师。2004年获北京大学化学学士学位;2010年获美国阿克伦大学高分子科学博士学位,其后先后在阿克伦大学和加州理工学院从事博士后研究。2013年8月加入北京大学,建立精密结构大分子实验室,其研究兴趣主要在于通过理性设计结合合成体系和生物高分子的优点,实现对化学结构和物理结构的精确控制,发展先进功能杂化材料,并应用于与健康和能源相关的领域。


目前主要研究领域为基于重组蛋白质的生物材料及其在生物医学上的应用。至今为止,已在Science, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Cent. Sci., Adv. Mater., ACS Nano, Mater. Horiz., Macromolecules 等国际重要学术期刊上共发表SCI论文116篇,其中89篇为第一或通讯作者,总他引2700余次。获授权国内外发明专利三项,参与撰写五本英文书籍,一本中文书籍。研究成果曾被Science、C&EN、Nat. Sci. Rev.、Faculty1000Prime、JACS Spotlight、China Mater.、《中国科学基金》等专题报道。曾获得日本化学会Distinguished Lectureship Award等奖励。


https://www.x-mol.com/university/faculty/8713


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