【摘 要】
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在细胞中有一个叫做生物分子凝聚物的有趣现象,它是由液-液相分离（LLPS）过程产生的,发挥着很多重要的生物学功能,其中液-液相分离介导的生物催化会影响酶的活性,进而促进或抑制酶在生物体内参与的化学反应。然而天然酶的序列和结构复杂,细胞内液-液相分离作用和机制研究面临重大挑战。与天然酶相比,超分子模拟酶结构更简单,更容易修饰。天然水解酶的底物结合口袋是通过活性位点折叠成三级结构形成的,这种精密的结构
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在细胞中有一个叫做生物分子凝聚物的有趣现象,它是由液-液相分离（LLPS）过程产生的,发挥着很多重要的生物学功能,其中液-液相分离介导的生物催化会影响酶的活性,进而促进或抑制酶在生物体内参与的化学反应。然而天然酶的序列和结构复杂,细胞内液-液相分离作用和机制研究面临重大挑战。与天然酶相比,超分子模拟酶结构更简单,更容易修饰。天然水解酶的底物结合口袋是通过活性位点折叠成三级结构形成的,这种精密的结构很难通过简单分子的人工组装来实现。早期酶的活性位点被认为是通过短聚合物的结合形成的,导致催化基团的正确取向和富集。精心设计的两亲性环肽具有强烈的自组装成一维和二维纳米结构以实现其生物学功能的趋势,为在体外构建液-液相分离介导的酶促反应结合体提供良好材料,为研究细胞内液-液相分离提供借鉴,帮助我们了解复杂的疾病机制,而且有望为治疗干预开辟新途径。本文受天然水解酶催化中心活性氨基酸的启发,将功能性氨基酸组氨酸和精氨酸引入环肽序列,设计了三种两亲性的环肽。通过控制组装条件,在液-液相分离介导下的分层自组装形成一维纳米管和二维纳米片,成功构建具有水解酶催化活性的环肽超分子水解酶。运用多种表征手段和分析方法,结合分子动力学计算分析,研究了环肽在不同组装水平上的形态、二级结构和催化活性。主要结论如下:（1）设计了三种具有水解酶活性的两亲性环八肽分子CP-1、CP-2和CP-3序列,通过化学合成和纯化成功得到符合实验要求的目标化合物。（2）通过控制组装条件,得到一维纳米管和二维纳米片两种不同组装层次的超分子结构。在氢键相互作用和疏水相互作用下自组装形成β-折叠结构的一维纳米管,其中一个肽纳米管的错位移动将产生稳定的亮氨酸拉链和色氨酸吲哚基团π-π堆叠,由此产生的两亲纳米管包装成疏水双层。精氨酸残基上的胍基完全质子化使得一维纳米管的表面具有高度阳离子特性,抑制了二维片层之间的堆积,通过组氨酸和谷氨酰胺侧链之间的分子间氢键进一步稳定二维纳米片组装体结构。（3）研究了不同组装层次和活性氨基酸His和Arg的相对位置与催化活性之间的关系,三种环肽的一维和二维组装体对底物p NPA具有较高的水解催化活性,符合米氏动力学方程,表现出典型天然酶的催化特征,在一定程度上模拟了天然酶对底物的识别和催化过程。三种环肽一维组装体水解酶的催化活力基本相同,二维组装体水解酶的催化活力均高于一维组装体水解酶,其中CP-2的二维纳米片组装体水解催化活性最高。
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