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南開大學張擁軍教授課題組在蛋白分子印跡方面取得突破
2019-11-22  來源:高分子科技

  生物體系精確的分子識別令人嘆為觀止。例如酶能選擇性地識別底物,抗體能選擇性地識別抗原,等等。為了使合成體系具有類似的分子識別能力,人們進行了多方面的探索,分子印跡就是為此而提出的一條非常有效的策略,其原理如下:

  利用印跡技術制備的分子印跡聚合物由于留有與模板分子在大小、形狀和官能團的方向上互補的印跡空腔,因此能選擇性識別目標分子。利用這一策略制備小分子的分子印跡聚合物取得了巨大成功,然而蛋白質等大分子的分子印跡則仍是巨大挑戰。蛋白印跡面臨的主要問題有(1)模板去除難,(2)印跡效果不佳。這些問題的根源在于蛋白質自身的特點,如分子量大、結構復雜等,因此難以克服。

  南開大學張擁軍教授課題組最近提出可利用多肽的helix-coil轉變同時解決這兩個難題。他們以多肽交聯劑取代普通交聯劑制備多肽交聯的蛋白印跡聚合物。在pH刺激下多肽鏈段由helix結構轉變為伸展的coil結構,印跡聚合物發生溶脹,使模板蛋白易于去除。將pH調回,多肽鏈段由伸展的coil結構重新折疊回到helix結構,印跡聚合物去溶脹,恢復原來的尺寸。由于多肽折疊的高度精確性,聚合物中印跡空腔的大小和形狀均將恢復,因此可選擇性識別目標蛋白:

  利用這一方法以lysozyme為模板蛋白制備了印跡聚合物,不僅實現了在溫和條件下的模板蛋白的去除(在37 ℃ 下以添加154 mM NaCl 的20mM pH7.4 磷酸緩沖溶液進行模板蛋白洗脫,一次洗脫率即達92.7%,三次洗脫率為97.8%。),而且實現了印跡效果的大幅提高(印跡因子IF高達10.0。與普通交聯劑BIS交聯的印跡聚合物相比,印跡效果增加了約10倍):

  由于是在溫和條件下進行模板蛋白的洗脫,洗脫下來的蛋白的二級和三級結構幾乎不變,因此活性變化很小。此外,該印跡聚合物的吸附容量高達679.6mg/g,遠高于此前報道的印跡聚合物,而且也具有很高的選擇性:

  利用這一聚合物從雞蛋清中提取溶菌酶,只需簡單的吸附-洗脫的操作,就能將溶菌酶從100多種蛋白質中幾乎完全提取出來,回收率達96.3%,純度達93.4%,活性達92%:

  這一工作以“Peptide-Crosslinked Protein-imprinted Polymers: Easy Template Removal and Excellent Imprinting Effect”為題發表于中國化學會旗艦新刊CCS Chemistry, 2019, 1, 544-552。論文的第一作者為博士研究生許榮。通訊作者為關英副教授張擁軍教授

  論文鏈接:https://www.chinesechemsoc.org/doi/full/10.31635/ccschem.019.20190030

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