引言
金納米顆粒(AuNPs)具有獨特的化學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，基于AuNPs已開發(fā)出多種生物應(yīng)用。蛋白質(zhì)、多肽和核酸通常與AuNPs相連，用于治療、診斷和生物傳感，所有這些應(yīng)用的核心是如何將生物分子固定在AuNP表面。目前，每種生物分子都需要不同的偶聯(lián)策略，這些策略高度依賴于生物分子上存在的功能基團，因此需要開發(fā)更通用的偶聯(lián)策略。 成果簡介 近日，加州大學(xué)伯克利分校Matthew B. Francis教授在JACS上發(fā)表了題為“Enzyme Activated Gold Nanoparticles for Versatile Site-Selective Bioconjugation”的研究論文，報道了一種酶激活的構(gòu)建蛋白-AuNP和DNA-AuNP的新方法。該方法依賴于AuNPs與酚類的初始功能化，隨后酚類被酪氨酸酶激活，通過氧化偶聯(lián)反應(yīng)，活化后的酚功能基團能夠與含有脯氨酸、硫醇或苯胺官能團的蛋白質(zhì)偶聯(lián)。 圖文解讀 圖1氧化偶聯(lián)反應(yīng)。多種氧化劑可將苯酚基部分氧化成鄰醌類中間體(綠色)。這些中間體可以與胺基和硫醇基親核試劑繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。 圖2 AuNPs上單分子層的形成。金納米顆粒(5 nm)被(A)硫醇-PEG5k-苯酚或(B)硫醇-PEG2k -甲氧基功能化形成單分子層。通過DLS確定了單分子層的形成，其中粉紅色的線對應(yīng)于BSPP穩(wěn)定的5 nm AuNPs，藍色的線對應(yīng)于酚或甲氧基功能化的AuNPs。 圖3 蛋白質(zhì)與苯酚-AuNPs的偶聯(lián)。(A) 苯酚-AuNPs與含(B)半胱氨酸殘基或(C)N端脯氨酸的蛋白偶聯(lián)。通過瓊脂糖凝膠電泳證實只有當(dāng)酪氨酸酶(abTyr, 200 nM)存在時，蛋白質(zhì)才能夠被連接到AuNPs上。 圖4 DNA與苯酚-AuNPs的偶聯(lián)，同時通過凝膠電泳和DLS對結(jié)果進行表征。(A)商用硫醇-DNA與苯酚-AuNPs的偶聯(lián)。(B)瓊脂糖凝膠電泳表明，不同濃度的硫醇- DNA都可以和AuNPs成功連接。AuNP的濃度為400 nM。(C) DNA-AuNP連接復(fù)合物的DLS結(jié)果顯示，只有在硫醇-DNA和酪氨酸酶(abTyr, 200 nM)存在的條件下，才會發(fā)生氧化偶聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致AuNP直徑的增加。(D)隨后通過與40-nt的互補DNA雜交進一步證實氧化偶聯(lián)反應(yīng)成功。 圖5 溶液中氧化偶聯(lián)反應(yīng)的一個主要特征是它與天然和非天然氨基酸的反應(yīng)效率都較高。因此，作者探索了AuNP與苯胺功能化的煙草花葉病毒衣殼蛋白(cpTMV-S65pAF)的偶聯(lián)(A)。(B) 瓊脂糖凝膠電泳表明不同濃度的cpTMV-S65pAF均能夠與AuNP成功連接，而不含苯胺殘基的TMV不能與AuNP發(fā)生連接。(C) DLS實驗證實當(dāng)不存在酪氨酸酶、苯酚-AuNP或含苯胺的TMV時無法發(fā)生偶聯(lián)。只有當(dāng)酪氨酸酶、苯酚-AuNP和cpTMV-S65pAF同時存在時才能形成cpTMV-AuNP復(fù)合物。(D) OG488馬來酰亞胺與cpTMV-S65pAF的半胱氨酸殘基連接形成cpTMV-S23C-S65pAF-OG488，隨后再與苯酚-AuNP偶聯(lián)并通過凝膠電泳和熒光測量進行表征。結(jié)果表明cpTMV-S23C-S65pAF-OG488與AuNPs偶聯(lián)后熒光被淬滅。 總結(jié)與展望 本工作中作者首次提出了通過酶激活AuNP表面構(gòu)建生物分子-AuNP復(fù)合物的方法。這種位點特異的氧化偶聯(lián)反應(yīng)能夠?qū)?/span>DNA和蛋白質(zhì)連接到AuNPs上，具有普適性，是一種快速、高效構(gòu)建生物分子-AuNP偶聯(lián)物的新方法。 文獻鏈接 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c11678 團隊簡介 Matthew B. Francis, 加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)系教授，該課題組的研究方向為開發(fā)新的合成方法來構(gòu)建納米材料。其核心策略是將新的功能部件連接在結(jié)構(gòu)蛋白的特定位置上，然后將這些復(fù)合物自組裝成具有電子和生物功能的新型材料。 編輯：陳朋飛 審核：王苗 推送：章振華
