纳米气泡对多肽和蛋白自组装的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王玉娇 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 张益 |
| 关键词 | 纳米气泡 多肽P11 胰高血糖素蛋白 自组装 |
| 英文摘要 | 多肽或蛋白质在某些条件下会从其可溶形式转化为高度有序的纤维聚集体,这种普遍的现象在许多领域都非常重要。研究表明,某些神经退行性疾病,例如阿尔茨海默症(AD)、帕金森病(PD)、亨廷顿病(HD)和肌萎缩性侧索硬化症(ALS),是由多肽或蛋白的错误折叠和聚集引起的。多肽或蛋白自组装成有序的线性结构是许多生物系统的重要组成部分,并且在生物传感器、药物输送、催化、组织支架、二氧化碳捕获和逆转录病毒基因转移等方面也突显出巨大的应用潜力。因此,研究多肽或蛋白在体内或体外的组装非常重要,可以帮助我们进一步理解多肽或蛋白的组装聚集和疾病病理学的关系并探索其在许多领域中的潜在应用。多肽或蛋白的聚集或组装是一个非常复杂的过程,溶剂、温度、p H、离子、蛋白浓度、表面和界面等各种因素,都影响着其组装行为以及形成的聚集体的结构和形态。最近,越来越多的证据揭示了表面和界面在多肽或蛋白组装聚集中的重要作用。我们知道,表面和界面到处都有,生物体内存在大量的表面和界面,包括各种细胞的表面、各种细胞器的表面等;同样,在体外实验中,实验用品如容器壁本身会存在大量表面,溶液实验中也会存在大量界面,尤其是气-液界面,这个因素无处不在却经常被忽略。近来,有研究表明宏观尺度的气-液界面附近会富集淀粉样蛋白,导致纤维化显著增加,气-液界面的存在影响α-Synuclein蛋白纤维的形成和生长。但是在纳米尺度上,气-液界面如何影响多肽或蛋白的组装仍然是一个没有解决的问题。近年来,纳米气泡逐渐引起人们的广泛关注,并且被应用于许多领域,例如水/污水处理、农业、工程学、纳米材料、超声造影剂、水产养殖和药物输送等,但是其作用机制并不清楚。纳米气泡尺寸小,具有较大的比表面积和较高的气-液界面比率,因此,它为在纳米尺度上研究气-液界面对蛋白和多肽组装的影响提供了一个非常合适的平台。综上所述,本论文创新性地把纳米气泡导入到蛋白(多肽)分子的水溶液中,研究其对蛋白(多肽)分子自组装行为的影响,由此所得到的纳米气泡与生物分子相互作用的崭新信息,将有助于理解纳米气泡如何对生物分子的结构和功能产生作用等基本问题,具有重要的学术意义。本论文的内容主要由四部分组成,简要总结如下。在第一章,本论文详细介绍了蛋白和多肽自组装的重要性,阐述了蛋白和多肽自组装的相关机制,介绍了表征蛋白和多肽自组装的各种方法。另外,对纳米气泡的起源、分类和产生纳米气泡的各种方法进行了详细的总结归纳,让读者对纳米气泡有一个更全面的了解。在第二章,考虑到多肽分子的结构简单,设计方便,成本低廉,本文优先选用了一个含有11个氨基酸残基的模型肽(NH_2-Gln-Gln-Arg-Phe-Gln-Trp-Gln-Phe-Glu-Gln-Gln-NH_2,P11),研究了溶液中产生的纳米气泡对该P11多肽自组装的影响。原子力显微镜(AFM)的研究结果表明,引入纳米气泡后,多肽P11在云母表面形成9-13 nm高的螺旋状纤维,而且这种结构的纤维是从溶液中沉积到云母表面的,不是在云母表面生长的,基本不具有表面取向性;而未引入纳米气泡的对照组,P11可以在云母表面生长,其生长取向受云母晶格的影响,最终不断生长为3 nm高的纤维结构。这些结果说明纳米气泡促进了P11的积聚,且产生了新的纳米纤维结构。本文还发现引入纳米气泡后,多肽P11溶液中的β-折叠二级结构增加,说明纳米气泡促进了多肽P11从无规则卷曲到β-折叠的转变,从而促进P11的积聚。硫磺素T(Th T)荧光测量结果显示经过不同的孵育时间后,纳米气泡处理的多肽P11溶液的荧光强度值更高,同样证实了纳米气泡确实会促进P11多肽的自组装。另外,本文还对纳米气泡促进多肽纤维化的机制进行了探讨。在第三章,本论文研究了纳米气泡对蛋白分子自组装行为的影响。众所周知,蛋白质是比多肽更加复杂的体系且都具有一定的生物学功能,因此研究纳米气泡对蛋白自组装的影响更加有实际意义。本研究选择了一个常见的淀粉样蛋白—胰高血糖素蛋白(HSQGT FTSDY SKYLD SRRAQ DFVQW LMNT),含有29个氨基酸残基,主要在胰腺α细胞中合成,已被广泛用于胰岛素诱导的低血糖症的紧急治疗中。研究表明纳米气泡不仅影响胰高血糖素分子自组装的程度,还对其二级结构有很大的影响。在形貌结构上,纳米气泡会促进胰高血糖素蛋白形成高度为4 nm左右的纤维结构,而在对照组,纤维的高度仅有2 nm左右。硫磺素T(Th T)荧光和傅里叶变换红外光谱(FTIR)的研究表明纳米气泡促进胰高血糖素分子更多地向β-折叠结构转化。透射电镜(TEM)结果表明,纳米气泡促进胰高血糖素蛋白形成数量更多的纤维。溶液中生成的纳米气泡的存在时间大概为3-4个小时左右,因此我们推测纳米气泡是在蛋白组装前期影响胰高血糖素组装积聚。在第四章,对论文进行了总结,展望了未来新的研究方向和值得研究的内容。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33843]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王玉娇. 纳米气泡对多肽和蛋白自组装的影响研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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