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仿生体系的分子组装
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  • 公布年份:
    2015
  • 中图分类:
    O641.3
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于物理化学研究领域,主要是围绕分子组装构建具有生物功能和结构的可控有序组装体,涉及两个基本科学问题:分子间弱相互作用驱动的分子组装过程的调控和有序组装体生物结构与功能的模拟。近十几年来,三次诺奖授予与生物膜相关工作,如细胞膜上水通道和离子通道的结构和机理的发现。因此,通过调控分子间作用构建以磷脂与蛋白质为主的仿生体系,对深入理解生物膜的结构和功能、探索新型药物输送载体具有十分重要意义。该项目主要完成人在国际上率先开展了仿生体系分子组装的研究,利用磷脂、蛋白和肽等生物分子通过调控分子间相互作用,借助分子组装技术构建了二维和三维有序分子组装体,在组成与结构上成功模拟了生物膜的仿生体系,创建了理论模型。在此基础上,率先将马达蛋白ATP合酶组装到仿生微胶囊上,保持了马达蛋白生物活性,成功合成了用于马达蛋白在生物膜上进行生命活动所需要的能量ATP分子,实现了马达蛋白体外活性组装。系列工作巩固了在该领域的国际领先地位,2010年受Wiley出版社之邀,项目主要完成人撰写了专著“Molecular Assembly of Biomimetic Systems”。主要创新和科学发现如下:发展了磷脂/蛋白质复合膜的二维和三维组装体系,实现了在分子水平上仿生体系的可控组装。创新性地将磷脂/蛋白质组装成结构和功能可控的仿生微胶囊,实现了生物兼容的仿生微胶囊的药物控释。创建了磷脂酶催化水解二维磷脂膜的原位观察与检测技术,揭示了酶分子识别和催化水解的生物机制。发展了中介相膜弹性理论,模拟了磷脂酶催化水解生物膜形成的“畴”结构,实现了流体膜理论在生物膜中的应用。首次发展了压力-过滤-模板组装新方法,开创性地制备了磷脂/蛋白质复合纳米管,揭示了受限条件下生物分子相互作用机理及有序管状结构的调控机制。创建了以活性马达蛋白ATP合酶为核心组份的仿生微胶囊,实现了生物膜上驱动马达蛋白完成生命活动所需ATP分子的体外合成。首次将ATP合酶重组在仿生微胶囊上,通过调控组装体的结构与功能,获得了用于驱动转动马达的质子梯度,驱动组装膜上ATP合酶旋转合成ATP分子。实现了仿生微胶囊作为ATP合成的存储器。实现了肽基生物分子组装的结构与功能调控。通过调控芳香二肽分子组装过程,构建了系列结构与形貌可控的有序组装体,揭示了其结构转变和形成机理。通过调控与无机功能组份间的协同作用,构建了肽基功能材料,并应用于药物输送和生物成像。该项目在Angew.Chem.Int.Ed.、J.Am.Chem.Soc.、Adv.Mater.等国际学术期刊上发表20篇核心论文SCI他引1621次,8篇代表论文SCI他引673次。论文多次被Nature、Chem.Rev.、Angew.Chem.Int.Ed.和J.Am.Chem.Soc.等综述和论文引用。美国威斯康辛大学Beebe教授在Nature上发表综述,评价“课题组制备的蛋白质微胶襄可以作为一种生物兼容智能型载体用于药物释放”。应邀在Chem.Soc.Rev.和Adv.Mater.等著名学术刊物上发表多篇综述文章,授权专利7项,在国际学术会议作邀请报告30余次。项目主要完成人撰写Wiley出版社英文专著1部。
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