【摘要】：蛋白質(zhì)的淀粉樣聚集行為往往會(huì)引起神經(jīng)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(jié)晶對(duì)于理解和揭示蛋白質(zhì)淀粉樣聚集行為中分子機(jī)制以及發(fā)展相關(guān)治療手段至關(guān)重要,而在另一方面,蛋白質(zhì)淀粉樣聚集所提供的高度有序結(jié)構(gòu)為新材料的合成與設(shè)計(jì)提供了嶄新的平臺(tái)和模板。然而在熱力學(xué)上難以區(qū)分蛋白質(zhì)淀粉樣纖維化和結(jié)晶,淀粉樣晶體的獲得通常被限定在淀粉樣相關(guān)的多肽,對(duì)于淀粉樣相關(guān)的蛋白質(zhì),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(zhì)晶體仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為此,我們通過蛋白質(zhì)解折疊,發(fā)展了動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)的類淀粉樣蛋白質(zhì)非經(jīng)典結(jié)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(shí)現(xiàn)類淀粉樣蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控。研究工作總結(jié)如下:(1)首先我們研究類淀粉樣蛋白質(zhì)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(zhuǎn)變。解折疊鏈之間形成的短程有序β-sheets聚集體,動(dòng)力學(xué)控制的準(zhǔn)平衡態(tài)組裝能夠抑制蛋白質(zhì)之間過強(qiáng)作用(over interactions),促使短程有序的β-sheets聚集體能夠進(jìn)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(jié)構(gòu),即納米晶體作為'核'嵌入在由解折疊鏈構(gòu)成的'殼'中。(2)以(1)為基礎(chǔ),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(jī)物結(jié)晶以及一些有機(jī)小分子結(jié)晶中,如氨基酸和有機(jī)染料。由解折疊鏈形成無定型殼提供動(dòng)力學(xué)能壘穩(wěn)定蛋白質(zhì)納米晶,在一定條件下克服動(dòng)力學(xué)的能壘,類淀粉樣納米晶體結(jié)構(gòu)能夠通過介觀晶體學(xué)有序組裝形成蛋白質(zhì)介晶,蛋白質(zhì)介晶進(jìn)一步融合形成具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的柔性大面積片狀單晶。基于TEM、SAED、HR-XRD和SAXS等結(jié)構(gòu)表征建立了類淀粉樣蛋白質(zhì)納米晶的堆積模型,確定蛋白質(zhì)納米晶是由β-sheets聚集體堆疊而成的體心立方結(jié)構(gòu)。(3)以(1)和(2)為基礎(chǔ),我們提出基于動(dòng)力學(xué)調(diào)控蛋白納米晶有序組裝的介晶化途徑來實(shí)現(xiàn)淀粉樣蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)和形貌調(diào)控。一方面,這種核殼結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)納米晶具有'外柔內(nèi)剛'的特點(diǎn),具有多層分級(jí)結(jié)構(gòu)的'剛性'結(jié)晶核能夠抵抗β-sheets結(jié)構(gòu)本身的柔性擾動(dòng),同時(shí)解折疊鏈構(gòu)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(jié)構(gòu)扭曲的影響,而實(shí)現(xiàn)晶態(tài)自組裝。另一方面,蛋白質(zhì)納米晶作為高級(jí)的β-sheet有序組裝體,具有典型的'面(face)'和'邊(edge)'的異質(zhì)結(jié)構(gòu),使蛋白質(zhì)納米晶實(shí)現(xiàn)各向異性的組裝和生長。如疏水作用主導(dǎo)蛋白質(zhì)納米晶的“面-對(duì)-面堆疊(face-to-face packing)”形成柳葉狀單晶,而氫鍵主導(dǎo)蛋白質(zhì)納米晶的“邊-對(duì)-邊擴(kuò)展(edge-to-edgeextending)”,從而得到微米級(jí)多晶片層,多晶片層進(jìn)一步在氣/液界面堆疊形成水凝膠薄膜。水凝膠薄膜可在進(jìn)一步的緩慢自然干燥過程中,通過揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)引起內(nèi)部片晶的有序組裝融合,從而促使水凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚨鄬拥牡矸蹣拥鞍踪|(zhì)晶體薄膜。(4)類淀粉樣蛋白質(zhì)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(chǎn)生相互作用,另外蛋白質(zhì)納米晶的可控介觀組裝能夠產(chǎn)生復(fù)雜分級(jí)結(jié)構(gòu),基于這兩點(diǎn)為設(shè)計(jì)和制備復(fù)雜分級(jí)結(jié)構(gòu)的雜化材料提供了平臺(tái)。我們實(shí)現(xiàn)了金離子復(fù)合膠體粒子和蛋白質(zhì)納米晶共組裝,從而制備出蛋白質(zhì)-金雜化晶態(tài)軟材料;利用蛋白質(zhì)和金納米顆粒界面相互作用,介導(dǎo)金納米顆粒組裝形成的分支超結(jié)構(gòu);以蛋白質(zhì)納米晶為模板實(shí)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(diǎn)，，即蛋白質(zhì)錯(cuò)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(shí)結(jié)構(gòu)配對(duì)的＾－ｓｈｅｅｔｓ聚集體組裝形成逡逑空間拉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)（ｓｔｅｒｉｃ邋ｚｉｐｐｅｒ）｜ｘ｜，々ｓｈｅｅｔｓ聚集體組裝（圖１－１）形成的空間拉鏈?zhǔn)降腻义辖Y(jié)構(gòu)是形成穩(wěn)定淀粉樣蛋白質(zhì)聚集體如淀粉樣纖維的關(guān)鍵。在此過程中這類由蛋逡逑白質(zhì)間的Ａ－ｓｈｅｅｔｓ聚集體物質(zhì)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(zhì)折吞休邐Ｐ邋ｓｈｅｅｔｓ聚集體逡逑圖１－丨蛋白質(zhì)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(zhì)折疊和聚集逡逑天然蛋白的折疊是一個(gè)高度復(fù)雜的過程。蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)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(gòu)象（圖１－２）�？焖凫`敏的光譜測(cè)量技術(shù)顯示，即使是分逡逑１逡逑

重要的‘墊腳石’，而天然蛋白質(zhì)分子直接形成錯(cuò)折疊或解折疊構(gòu)象則需要大規(guī)模的逡逑重組。與此同時(shí)，非天然折疊中間體的形成會(huì)造成蛋白質(zhì)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(zhì)由多個(gè)折疊單元按一定順序自組裝形逡逑成［｜５１，當(dāng)這些結(jié)構(gòu)單元相互分離而不產(chǎn)生相互合作，或解組裝時(shí)，會(huì)產(chǎn)生天然蛋逡逑白質(zhì)動(dòng)力學(xué)折疊的柱塞，從而使蛋白質(zhì)錯(cuò)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(zhì)折疊能量全景圖，表面是由計(jì)算機(jī)模擬一個(gè)小蛋白質(zhì)峰高度簡化模型。表明的逡逑漏斗是由許多變性構(gòu)象形成的獨(dú)特本征結(jié)構(gòu)，在一個(gè)簡單的表面上的臨界區(qū)域即鞍點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;O629.73

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10 時(shí)德志,李樹祥,李高,崔U

本文編號(hào)：2593450