中科院化學所成功實現分子馬達在蛋白微膠囊表面的組裝
2008-03-25 來源：中國聚合物網
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旋轉分子馬達（ATP合酶）組裝到血紅蛋白微膠囊表面用于ATP合成的示意圖
在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，膠體、界面與化學熱力學院重點實驗室的研究人員在旋轉分子馬達的分子仿生組裝方面取得新進展，研究工作發表在近期出版的Adv. Mater. (2008, 20, 601-605) 上。
細胞生長代謝的整個過程需要能量，絕大多數情況下能量由ATP的高能鍵水解而獲得，而ATP又是通過ATP合酶合成所得到。ATP合酶是線粒體、葉綠體和細菌中能量轉化的核心酶，在跨膜質子動力勢的推動下催化合成ATP。近年來，借助分子馬達的生物活性和特殊功能開發生物納米器件用于信息存儲和能量轉化，已經成為當前納米生物技術研究領域的熱點。
在前期工作中，該研究組將分子馬達組裝在聚合物微膠囊表面，用于ATP的生物合成，取得了階段性成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2007，46，6996；Biochem. Biophys. Res. Comm. 2007，354，357）。利用“層層組裝”技術制備了中空聚電解質微膠囊，然后將ATP合酶成功組裝到磷脂修飾的聚合物微膠囊上。研究表明組裝后的ATP酶保留了其生物功能，通過更換緩沖溶液改變體系的pH值提供跨膜質子動力勢，實現了ATP的生物合成。
在上述工作的基礎上，研究人員借助共價鍵作用利用層層組裝技術制備了中空血紅蛋白微膠囊，然后在蛋白微膠囊上組裝了含ATP合酶的脂質體，從而將分子馬達組裝到血紅蛋白微膠囊表面。利用葡萄糖氧化酶對葡萄糖氧化水解產生的質子H+，形成了跨膜質子流，為ATP合酶合成ATP提供質子動力勢（質子泵）。研究發現組裝在膠囊表面的ATP合酶仍然保留其催化合成功能，能夠將ADP和無機磷酸鹽合成ATP，并且合成的ATP能存儲在中空蛋白膠囊內部，使膠囊成為ATP的載體。這種生物兼容性的仿生體系研究有助于開發與構建新型的納米生物機器。
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（責任編輯：龍翔）
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