蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)承擔(dān)支撐、信號傳導(dǎo)、物質(zhì)和能量代謝的一類重要生物大分子。在自然界中，生物體通過機(jī)體合成刺激響應(yīng)性蛋白以不斷適應(yīng)環(huán)境變化，如光、熱、力、電場和地磁場等。蛋白質(zhì)的氨基酸序列及獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的功能與特性，如細(xì)胞中有支撐作用的中間絲蛋白，攜氧的血紅蛋白，調(diào)節(jié)血糖穩(wěn)態(tài)的胰島素和胰高血糖素等等。蛋白質(zhì)的機(jī)械性能、生物安全性及獨(dú)特的刺激響應(yīng)性使得蛋白基材料逐步成為材料科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。
目前蛋白基材料已被廣泛用于疾病的篩查、疾病的新型治療方法(光遺傳學(xué)、電遺傳學(xué)等)、藥物負(fù)載、高強(qiáng)高韌蛋白纖維、生物膠水、生物傳感及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。與有機(jī)或無機(jī)小分子嫁接至蛋白質(zhì)上獲得響應(yīng)性蛋白不同，通過模擬天然響應(yīng)性蛋白結(jié)構(gòu)域，結(jié)合基因工程以及蛋白質(zhì)工程等手段可成功制備出人工刺激響應(yīng)性蛋白。該合成途徑無化學(xué)污染、產(chǎn)量大且純度高、能源消耗低、生物應(yīng)用安全性好(無體內(nèi)蓄積和代謝紊亂)。
因此，隨著科學(xué)家們對蛋白質(zhì)不斷的研究和探索，理性設(shè)計(jì)模塊化、多級響應(yīng)性蛋白基材料日益成為人們追求和研究的熱點(diǎn)。
圖1. 刺激反應(yīng)蛋白基的應(yīng)用。 通過對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、融合表達(dá)具有不同功能結(jié)構(gòu)域的蛋白，可以實(shí)現(xiàn)對蛋白基材料的響應(yīng)因素、響應(yīng)強(qiáng)度和響應(yīng)方式的靈活調(diào)控。因此，剖析及深入探究天然刺激響應(yīng)性蛋白是此研究領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。通過對天然刺激響應(yīng)性蛋白功能結(jié)構(gòu)域的模仿或衍生，科學(xué)家已從中獲得諸多啟示并取得豐厚的研究成果。 本期為大家介紹由清華大學(xué)化學(xué)系劉凱教授發(fā)表的關(guān)于天然刺激響應(yīng)性蛋白及其應(yīng)用研究進(jìn)展。在這篇綜述中，作者重點(diǎn)關(guān)注自然界天然存在的具有對熱、光、力、電和磁因素刺激響應(yīng)性的蛋白質(zhì)，及其響應(yīng)的結(jié)構(gòu)域、響應(yīng)機(jī)制、潛在的應(yīng)用價(jià)值及應(yīng)用方向，為模塊化蛋白基“智慧”材料的開發(fā)及應(yīng)用提供重要參考，也為機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)庫建立提供良好素材。 論文信息： Stimuli-Responsive Natural Proteins and Their Applications Na Du,Fangfu Ye,Jing Sun,Kai Liu ChemBioChem DOI: 10.1002/cbic.202100416
