利茲大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種方法，可以幫助設(shè)計由蛋白質(zhì)制成的新一代合成生物材料。這種生物材料最終可以應(yīng)用于關(guān)節(jié)修復(fù)或傷口愈合以及醫(yī)療保健和食品生產(chǎn)的其他領(lǐng)域。

但基本挑戰(zhàn)之一是控制和微調(diào)蛋白質(zhì)構(gòu)建塊組裝成構(gòu)成生物材料基礎(chǔ)的復(fù)雜蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的方式。

利茲的科學(xué)家正在研究單個蛋白質(zhì)構(gòu)建塊的結(jié)構(gòu)和力學(xué)變化——納米尺度的變化——如何在宏觀層面改變生物材料的結(jié)構(gòu)和力學(xué)，同時保持蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的生物功能。

在科學(xué)雜志ACS Nano發(fā)表的一篇論文中，研究人員報告說，他們能夠通過去除蛋白質(zhì)構(gòu)建塊中的特定化學(xué)鍵來改變蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。他們稱這些鍵為“蛋白質(zhì)主食”。

去除蛋白質(zhì)主食后，單個蛋白質(zhì)分子在連接在一起并組裝成網(wǎng)絡(luò)時更容易展開。這導(dǎo)致了一個網(wǎng)絡(luò)，其中折疊蛋白質(zhì)的區(qū)域被包含未折疊蛋白質(zhì)的區(qū)域連接起來，從而導(dǎo)致生物材料的機械性能非常不同。

負(fù)責(zé)這項研究的利茲物理與天文學(xué)院的 Lorna Dougan 教授說：“蛋白質(zhì)顯示出驚人的功能特性。我們想了解如何在使用蛋白質(zhì)作為構(gòu)建塊的材料中利用這種多樣化的生物功能。

“但要做到這一點，我們需要了解納米級、單個分子水平的變化如何在宏觀水平上改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和行為。”

同樣來自物理與天文學(xué)學(xué)院、該論文的第一作者馬特休斯博士說：“通過去除‘蛋白質(zhì)主食’來控制蛋白質(zhì)構(gòu)建塊的展開能力導(dǎo)致顯著不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有顯著不同的機械行為和這表明蛋白質(zhì)構(gòu)建塊的展開在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和隨后的機制中起著決定性的作用。”

研究人員使用了利茲阿斯特伯里結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)中心和物理與天文學(xué)院的設(shè)施，以及牛津郡 STFC 盧瑟福阿普爾頓實驗室的 ISIS 中子介子源設(shè)施。使用中子束，當(dāng)納米釘被移除時，它允許他們識別蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵變化。

結(jié)合實驗工作，利茲物理與天文學(xué)院的研究員 Ben Hanson 博士模擬了正在發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。他發(fā)現(xiàn)，特別是在網(wǎng)絡(luò)形成過程中蛋白質(zhì)展開的行為，對于定義蛋白質(zhì)水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

Dougan 教授補充說：“改變蛋白質(zhì) 構(gòu)建塊的納米級特性的能力，從剛性、折疊狀態(tài)到柔性、展開狀態(tài)，為創(chuàng)建具有可控結(jié)構(gòu)和力學(xué)的功能性生物材料提供了強有力的途徑。”

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