分子操纵与计算机模拟揭示多肽自组装精细结构

2013/05/08 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

上海应用物理研究所物理生物研究室的科研人员与IBM沃森研究中心和哥伦比亚大学周如鸿教授课题组合作,在固液界面多肽自组装方面的研究取得重要进展,相关论文已于近日在线发表于著名学术期刊《美国科学院院刊》上(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110,2013)。该研究工作首次发现了淀粉样多肽分子在云母/水界面奇特的多层自组装的分子机制,显示了盐离子在自组装过程中对多肽纳米结构的精细调控作用。这一发现对揭示各种神经退行性疾病的发病机理以及对高度有序的自组装纳米器件的设计与制造具有重大的推动作用。

博士研究生代彬、博士后研究人员Seung-gu Kang等人在张益研究员与周如鸿教授的指导下,研究了一种被称为GAV-9的多肽分子在云母与水溶液界面的组装行为及其分子机制(见下图)。他们发现GAV-9肽在高盐浓度条件下,可以组装成高度有序的纳米纤维,其中所有多肽分子都采用令人惊奇的、垂直于云母基底的“直立”排列方式。利用独特的原子力显微镜纳米操纵技术,他们进一步揭示了该多肽分子在云母/水界面的多层自组装的精细结构。大规模分子动力学模拟表明,与云母直接接触的一层GAV-9分子呈现互相平行的b-折叠结构,而上面几层的多肽分子则呈现反平行的b-折叠结构。这种结构上的细微差别体现了盐离子在多肽自组装过程中的精细调控能力。

GAV-9肽是多种与神经退行性疾病相关的蛋白质的保守序列。近些年,研究者对固体表面淀粉样多肽的自组装研究投入了很多关注,因为它不仅有助于揭开各种神经退行性疾病的发病机制,而且自组装形成的高度有序的纳米结构在纳米器件设计与制造等方面具有广阔的应用前景。其中,固体表面和多肽分子的相互作用通常被认为是控制多肽在固体表面自组装的决定性因素,是大家关注的焦点。但是由于无法直接得到多肽自组装的分子结构信息,这种相互作用尚未在分子尺度被很好的理解。最近,物理生物研究室与周如鸿教授课题组合作,结合分子操纵实验和计算机理论模拟,在这方面进行了深入系统的研究并取得丰硕成果。除了上述发表于《美国科学院院刊》的论文外,另有两篇论文已先期发表于权威杂志J. Am. Chem. Soc.和ACS Nano 。

该项研究工作得到了国家科技部973项目、国家自然科学基金、IBM Bluegene Science Program的共同资助。(物理生物学研究室供稿)

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