淀粉样自组装体是蛋白和多肽的一种独特的聚集体形式,并以cross-β结构为其微观结构特点。淀粉样自组装体有淀粉样纤维、淀粉样纳米片、淀粉样纳米带等多种微观形貌。其中,淀粉样纤维是最常见的一种自组装形式,它与多种广为人知的影响人类健康的重大疾病息息相关,这些疾病包括阿尔茨海默病、帕金森病、疯牛病和II型糖尿病等。当人体处于病理条件下,体内的蛋白和多肽会发生错误折叠聚集形成淀粉样纤维。这些淀粉样纤维在组织和器官中的沉积最终会导致相关疾病的发生。在过去的几十年中,科学家们对淀粉样纤维与这些疾病的相关性展现出极大的兴趣,希望通过更好地了解这种蛋白质聚集现象,助力于相关疾病的治疗和预防。除此之外,淀粉样纤维、淀粉样纳米片、淀粉样纳米带还是新型的生物基纳米材料。近年来有关淀粉样自组装体在材料科学领域的应用日益引起材料科学家的关注。淀粉样自组装体在生物传感、组织工程、药物递送和仿生催化等方面有着许多潜在的应用。因此,研究淀粉样自组装体的生成机制对于相关疾病的治疗以及基于淀粉样自组装体的新型生物材料的研发具有重要意义。有鉴于此,本研究致力于对如下两部分工作展开深入研究:第一,基于溶菌酶蛋白的淀粉样纤维生成过程的调控机制;第二,基于淀粉样短肽形成的淀粉样纳米片的生成机制。在溶菌酶淀粉样纤维化的调控机制研究中,本工作主要是利用原子力显微镜(AFM)技术和傅里叶变换红外光谱(FTIR)方法首次发现了十二烷基硫酸钠(SDS)和Triton X-100(TX-100)两种常见表面活性剂对鸡卵清溶菌酶(溶菌酶)淀粉样纤维化过程的一种新的调控作用。通过AFM技术研究发现,SDS和TX-100均能够诱导溶菌酶淀粉样纤维发生明显的形貌变化,其特征是SDS和TX-100均能使纤维的厚度在沿纤维轴的一些区域中出现增厚现象。此外,TX-100还能够诱导淀粉样纤维发生分枝现象。而带正电的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与带负电的SDS和非离子型的TX-100相比,并没有展现这些调控作用。以上这些表面活性剂对淀粉样纤维化的调控作用为本研究首次发现。对于SDS和TX-100的这些新颖的调控作用,本工作提出如下机理假说:SDS和TX-100对蛋白淀粉样纤维形成的调控作用是由于表面活性剂与溶菌酶之间的非共价相互作用,导致了表面活性剂诱导了表面催化的二次成核作用。表面活性剂的这种“桥联”诱导作用使得溶菌酶蛋白可以以已经形成的淀粉样纤维中的一些位点作为成核位点长出新的纤维。当新生纤维沿着模板纤维轴向生长时,就出现了纤维局域增厚的现象;当新生纤维直接向着溶液中生长时,就出现了纤维分枝的现象。此外,为了进一步证实两种表面活性剂与溶菌酶淀粉样纤维之间的相互作用,本工作进行了红外光谱研究并获得了表面活性剂-淀粉样纤维复合物相互作用的光谱证据。本工作发现SDS和TX-100通过静电或氢键方式与溶菌酶淀粉样纤维发生相互作用,进而对淀粉样纤维化二次成核过程产生影响。此研究工作为表面活性剂对淀粉样纤维化的调控机制提供了新的见解。在淀粉样多肽形成的淀粉样纳米片的生成机制研究中,探索了一个含有7个氨基酸的淀粉样模型短肽形成淀粉样纳米片层结构的生成机制。通过利用AFM技术实时跟踪纳米片层的生长过程,本研究发现纳米片层的生长遵循如下规律:首先多个单体多肽聚集形成单个β-折叠片层结构,该β-折叠片层结构为初始的晶核结构,之后,单体多肽继续以β-折叠片层结构为模板进一步进行纵向和横向的延展生长最终形成一个完整的淀粉样纳米片层结构。此工作为深入了解淀粉样纳米片的生成机制和微观结构提供了新的思路。本研究涉及多种生物物理化学表征手段,包括原子力显微镜(AFM)技术、傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术、ThT荧光分析技术等。这些技术的综合应用使得本课题组进一步加深了对淀粉样自组装体的成核生长机制和微观分子结构的认识。希望本课题组的这些探索性研究工作能够为淀粉样疾病的预防和治疗以及基于淀粉样自组装体的新型纳米材料的研发提供有益借鉴。