郭雪峰課題組與合作者發(fā)展了氨基酸手性識別的單分子技術(shù)
氨基酸是生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位，是構(gòu)成動物營養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，同時也是許多藥物分子的重要組成片段，在生命體中起著至關(guān)重要的作用，比如有氨基酸組成的蛋白酶具有高度專一的催化活性。因此，氨基酸的高靈敏檢測與精準分析不僅僅可以加深對氨基酸在生命體內(nèi)發(fā)揮作用機制的理解，同時在食品工業(yè)、天然產(chǎn)物和醫(yī)藥等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。然而，氨基酸種類繁多，結(jié)構(gòu)相似，且具有手性對映體，比如人體內(nèi)的氨基酸都是L型。傳統(tǒng)方法對氨基酸結(jié)構(gòu)鑒定和手性識別存在著巨大挑戰(zhàn)。最近，北京大學化學與分子工程學院郭雪峰課題組、中國科學技術(shù)大學楊金龍課題組以及東京大學Jun Terao課題組合作發(fā)展了一種獨特的基于單分子器件平臺的單分子電學檢測關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了在單分子水平上對于單個氨基酸分子的結(jié)構(gòu)、手性以及帶電形態(tài)的精準檢測。
圖1.?單分子器件的結(jié)構(gòu)示意圖
郭雪峰課題組和合作者設計合成了一種以全甲基化 β -環(huán)糊精為功能中心的共軛分子，并在末端修飾上氨基，通過酰胺鍵將其連接在帶有羰基官能團的石墨烯點電極之間，構(gòu)建了穩(wěn)定的單分子器件?；诖祟惼骷ㄟ^高分辨的電學信號記錄，實現(xiàn)了在單個事件水平上對氨基酸與環(huán)糊精分子的主客體動力學的原位實時檢測，從而實現(xiàn)了對四種代表性氨基酸（丙氨酸、色氨酸、絲氨酸和酪氨酸）種類和存在形態(tài)的檢測。氨基酸與環(huán)糊精的主客體結(jié)合過程是二級反應，而解離反應是一級反應。氨基酸在水溶液中存在內(nèi)鹽、共軛酸和共軛堿三種形態(tài)。這三種形態(tài)均可以與環(huán)糊精發(fā)生主客體識別，細致的動力學態(tài)間分析及理論計算可對復雜導電態(tài)進行辨認?；诎被岱肿拥慕怆x弛豫時間及其對分子橋?qū)щ娮兓蕛煞N參數(shù)，繪制了氨基酸手性識別的“指紋圖譜”，實現(xiàn)氨基酸結(jié)構(gòu)、種類和對映體的快速精準鑒定。
基于主客體作用的免標記的超高時空分辨率的單分子電學檢測平臺可用于對復雜環(huán)境中其它生物分子進行直接精準測量，為解決生命科學中的復雜問題如單分子蛋白質(zhì)測序等提供了一種新的機遇。該工作于3月3日以“A single-molecule electrical approach for amino acid detection and chirality recognition”為題在線發(fā)表在 Science Advances 雜志上（ Sci. Adv. ?2021,? 7 , eabe4365）。
該論文的共同第一作者分別是郭雪峰課題組的劉子豪、楊金龍課題組的李星星和Jun Terao課題組的Hiroshi Masai。郭雪峰教授、楊金龍教授和Jun Terao教授為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金委、科技部和北京分子科學國家研究中心的聯(lián)合資助。
原文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/10/eabe4365
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