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自组装在自然界中普遍存在,在生物体中生物分子的组装是实现生命活动、完成生命功能的基础。自组装可以在不同的尺度将一个无序的系统转变成一个有序状态的系统,并无需外部来源的指引和管理。这种由下而上(Bottom-up)的方法被广泛应用来制备具备传感、催化功能的纳米材料。如何通过合理设计和人工调控将生物分子,尤其是具有催化活性的蛋白质,组装成为与生物体具有类似结构和功能的体系是自组装纳米材料的挑战。本论文利用两种策略——化学修饰介导和相互作用蛋白介导进行蛋白组装。化学修饰介导蛋白组装策略中,在大肠杆菌中共表达甲酰甘氨酸生成酶(FGE)与目标蛋白,通过FGE的转录后修饰在蛋白上定点引入醛基。利用醛基可以选择性的与a-亲核物质反应这一特性,化学合成带叠氮基团(或环辛炔基团)的氨氧基PEG对目标蛋白进行定点化学修饰,利用叠氮与环辛炔的环化加成反应对蛋白进行组装。实验中对多个不同聚体的蛋白(内切葡聚糖酶EG、脂肪酶K107、甲酸脱氢酶FDH、亮氨酸脱氢酶LDH)设计并构建醛标签系统,在大肠杆菌表达过程中,通过提高FGE的表达量,添加还原剂等优化方法,实现醛基的转化。合成氨氧基PEG,对已转化醛基的蛋白进行定点化学修饰,氨氧基PEG修饰率与荧光物质Alexa488-酰肼测得的醛基转化率一致。由于醛基转化率较低(aFDH醛基转化率3.01%),化学修饰法介导蛋白组装策略的实行较为困难。相互作用蛋白介导蛋白组装时,利用相互作用蛋白PDZ、PDZ lig分别与LDH、FDH融合,PDZ与LDH之间用刚性连接肽ER/K连接。在大肠杆菌中共表达时,相互作用蛋白介导LDH与FDH组装成有序的多孔层状纳米结构。这种纳米结构有着较好的温度稳定性和pH稳定性,可以进行重复催化。全细胞催化时,由于LDH与FDH的组装使细胞内底物和辅酶的传递效率提高,催化效率相应提高67%。通过柔性连接肽将红色荧光蛋白mCheny的两个非荧光片段MN159、MC160分别与PDZ、PDZlig、LDH-PDZ、FDH-PDZlig融合,构建基于mCheny的双分子荧光互补系统,在大肠杆菌共表达时红色荧光的产生指示了PDZ与PDZ lig的相互作用,证明了LDH-PDZ与FDH-PDZ lig的胞内组装。蛋白组装纳米材料在生物复合材料、生物传感器、酶催化、生物医学有着重要的应用。合理设计并实施蛋白组装,对了解蛋白以及其复合物的结构折叠和催化功能以及对制备先进功能纳米材料有重要作用。