探索生物大分子在界面上的有效排列和聚合的研究有可能解釋基于蛋白質(zhì)的粘附系統(tǒng)，并極大地幫助人們?cè)O(shè)計(jì)出高性能材料，如抗菌粘附、海洋防污、防生物污損以及生物醫(yī)學(xué)和仿生物系統(tǒng)。由于蛋白質(zhì)內(nèi)部的兩親性和復(fù)雜/敏感的三維結(jié)構(gòu)，這類(lèi)生物聚合物在界面上表現(xiàn)出復(fù)雜的吸附行為，即非特異性吸附。因此，控制蛋白質(zhì)在界面上的吸附和組裝一直是生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。
從體積相對(duì)無(wú)限的溶液環(huán)境到有限的表面，蛋白質(zhì)的排列受到很多因素的影響，包括表面特征、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)之間的相互作用。在界面上的各種蛋白質(zhì)吸附模型中，β-片堆積和由此產(chǎn)生的淀粉樣聚集被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)界面強(qiáng)力粘附的決定性因素。例如，由細(xì)菌產(chǎn)生的典型淀粉樣纖維蛋白Curli fibril具有獨(dú)特的β片結(jié)構(gòu)，可在各種固體表面形成強(qiáng)大的粘附力。另一個(gè)例子是藤壺膠結(jié)物通過(guò)以β片為主的淀粉樣成分牢牢粘附在礁石或船體表面。然而，與粘附有關(guān)的β片結(jié)構(gòu)是在體內(nèi)形成后才與各種表面結(jié)合，還是以隨機(jī)線(xiàn)圈或α螺旋形式存在的柔性蛋白鏈?zhǔn)紫雀街诮缑嫔?，然后轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>β片結(jié)構(gòu)，目前仍不清楚。
圖片來(lái)源：JACS
與之前關(guān)于蛋白質(zhì)表面粘附由β片堆積引導(dǎo)的報(bào)道不同，本文作者在此提出了一個(gè)由α螺旋介導(dǎo)的蛋白質(zhì)界面粘附模型（圖1），從而對(duì)經(jīng)典途徑提出了挑戰(zhàn)。他們證明，在蛋白質(zhì)粘附的過(guò)程中，β片堆積并不是首先在溶液中形成的，而是在蛋白質(zhì)經(jīng)歷了α-螺旋介導(dǎo)的界面吸附并將α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為β-片堆積后在界面上形成的。通過(guò)使用牛血清白蛋白（BSA）作為模型蛋白質(zhì)，作者發(fā)現(xiàn)BSA中二硫鍵的還原導(dǎo)致未折疊的BSA拖動(dòng)α螺旋的隨機(jī)線(xiàn)圈聚集在固/液界面（SLI）上。然后，α-螺旋中的疏水殘基暴露并突破SLI的水合層，接著親水和疏水殘基隨機(jī)沉積，實(shí)現(xiàn)界面粘附。因此，第一層組裝層富含α-螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)分子間二硫鍵得到加強(qiáng)，并進(jìn)一步啟動(dòng)分步分層蛋白質(zhì)組裝。在這一過(guò)程中，β-片狀堆疊以逐漸演變的方式從α-螺旋轉(zhuǎn)化而來(lái)。因此，這一發(fā)現(xiàn)提供了一條有價(jià)值的線(xiàn)索，即具有β片的淀粉樣蛋白可能是在蛋白質(zhì)界面粘附后形成的。此外，α-螺旋介導(dǎo)的蛋白質(zhì)界面粘附模型的發(fā)現(xiàn)為制備具有明確層數(shù)的蛋白質(zhì)納米膜提供了一種獨(dú)特的策略，這種納米膜在各種基底上具有穩(wěn)固和可調(diào)節(jié)的粘附性，并具有良好的耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐超聲波和耐膠帶剝離的性能。
標(biāo)題：α‐Helix-Mediated Protein Adhesion
作者：Yingying Zhang, Yongchun Liu, Yonggang Liu, Ping Zuo, Shuting Miao, Bowen Hu, Yu Kang, Wei Liu, Qingmin Yang, Hao Ren,* and Peng Yang*
鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c03581
