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南开大学张拥军教授课题组在蛋白分子印迹方面取得突破
2019-11-22  来源:高分子科技

  生物体系精确的分子识别令人叹为观止。例如酶能选择性地识别底物,抗体能选择性地识别抗原,等等。为了使合成体系具有类似的分子识别能力,人们进行了多方面的探索,分子印迹就是为此而提出的一条非常有效的策略,其原理如下:

  利用印迹技术制备的分子印迹聚合物由于留有与模板分子在大小、形状和官能团的方向上互补的印迹空腔,因此能选择性识别目标分子。利用这一策略制备小分子的分子印迹聚合物取得了巨大成功,然而蛋白质等大分子的分子印迹则仍是巨大挑战。蛋白印迹面临的主要问题有(1)模板去除难,(2)印迹效果不佳。这些问题的根源在于蛋白质自身的特点,如分子量大、结构复杂等,因此难以克服。

  南开大学张拥军教授课题组最近提出可利用多肽的helix-coil转变同时解决这两个难题。他们以多肽交联剂取代普通交联剂制备多肽交联的蛋白印迹聚合物。在pH刺激下多肽链段由helix结构转变为伸展的coil结构,印迹聚合物发生溶胀,使模板蛋白易于去除。将pH调回,多肽链段由伸展的coil结构重新折叠回到helix结构,印迹聚合物去溶胀,恢复原来的尺寸。由于多肽折叠的高度精确性,聚合物中印迹空腔的大小和形状均将恢复,因此可选择性识别目标蛋白:

  利用这一方法以lysozyme为模板蛋白制备了印迹聚合物,不仅实现了在温和条件下的模板蛋白的去除(在37 ℃ 下以添加154 mM NaCl 的20mM pH7.4 磷酸缓冲溶液进行模板蛋白洗脱,一次洗脱率即达92.7%,三次洗脱率为97.8%。),而且实现了印迹效果的大幅提高(印迹因子IF高达10.0。与普通交联剂BIS交联的印迹聚合物相比,印迹效果增加了约10倍):

  由于是在温和条件下进行模板蛋白的洗脱,洗脱下来的蛋白的二级和三级结构几乎不变,因此活性变化很小。此外,该印迹聚合物的吸附容量高达679.6mg/g,远高于此前报道的印迹聚合物,而且也具有很高的选择性:

  利用这一聚合物从鸡蛋清中提取溶菌酶,只需简单的吸附-洗脱的操作,就能将溶菌酶从100多种蛋白质中几乎完全提取出来,回收率达96.3%,纯度达93.4%,活性达92%:

  这一工作以“Peptide-Crosslinked Protein-imprinted Polymers: Easy Template Removal and Excellent Imprinting Effect”为题发表于中国化学会旗舰新刊CCS Chemistry, 2019, 1, 544-552。论文的第一作者为博士研究生许荣。通讯作者为关英副教授张拥军教授

  论文链接:https://www.chinesechemsoc.org/doi/full/10.31635/ccschem.019.20190030

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