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新发现可以更容易地设计出自然的合成蛋白质的同行,其竞争对手

这一发现可能在海水淡化,电池,以及制药和生物燃料的研究应用

一个多机构的研究团队西北部,包括工程的 莫妮卡奥维拉德拉克鲁兹 你已经创建了一个合成材料是一样​​有效,通过膜的运输分子,一个重要的里程碑,可以转换等领域的医学,生命科学,替代能源和环境科学天然存在的蛋白质。

模仿跨膜蛋白,作为看门人在活细胞中起作用,你,是一个关键的目标 - 和显著的瓶颈 - 在合成膜开发应用:如海水淡化,电池和制药和生物燃料的研究。

ESTA新成果,在研究中所描述 发表 1月8日在该杂志 性质,这可能会缓解拥堵。

莫妮卡奥维拉德拉克鲁兹“这是令人惊讶的是合成无规聚合物或聚合物沿其骨干各种序列的集合,可以有选择地帮助质子转运细胞膜,”奥维拉所述横,材料科学和工程教授律师泰勒在工程学院麦考密克该研究的合着者。 “我们的目标是找到一种模仿细胞媒体固有无序蛋白,可以集中酶来控制化学反应速率的工作无规聚合物。我们最终发现,这些无规共聚物还可以在细胞膜被吸附,这本质上无序的蛋白质可作为跨膜蛋白本法“。

“这是一个挑战,存在的无规共聚物大量可能的序列,说:”宝富乔,研究助理教授的工程在西北的中心计算和软质材料的理论和研究的共同作者。 “令人惊讶的是,自然会考虑选择在定向随机两亲聚合物最爱的那个非极性单体所以进入脂膜与极性单体突入水里面。这些聚合物膜的结构和功能相似的跨膜蛋白,为仿生材料的新机会。“

ESTA研究建立在以前的工作由研究人员在其中 进行无规聚合物用作合成伴侣 稳定在非自然环境酶。在这项研究,发表在 科学 在2018年,奥维拉交叉和巧使用分子来模拟表明,该聚合物有利地相互作用与蛋白质表面由包裹在有机溶剂中的蛋白质周围表面和在水中呈弱粘附,导致正确蛋白质折叠和稳定性在非天然环境中。后续研究,进一步探索之间的相似扩大工作 无规聚合物和本质无序蛋白.

“然后,我们表明,无规聚合物的组合物可以被设计成覆盖在不同溶剂许多不同的酶,”奥维拉克鲁斯说。 “我们立志疏水和亲水基团的最佳组成的工作来保护和提供的酶不同的介质疏水和亲水有他们组在表面上。”

Amphiphilic random heteropolymers in a lipid membrane. The polar monomers are colored blue and purple, the nonpolar monomers are red and pink, and the lipids are gray.在这个新的纸张,奥维拉交叉,巧,和合作者从加州大学伯克利分校,加州大学圣克鲁斯分校,橡树岭国家实验室设计的聚合物,其选择性地运质子 - 亚原子带电粒子 - 跨越的丙烯酸膜以等速率与天然质子通道的同时成功地筛选出的阳离子的其它类型。

选择性的和迅速的质子传输是在pH水平和许多生物功能的调节是重要的。这种能力是另外的清洁能源作为燃料电池和这些能量储存有用。

“如果我们认为聚合物作为门道的,它必须是开放的足够宽的质子穿过去,但不能因此打开其它阳离子可以忙里偷闲,说:”许霆,在材料科学与工程和化学教授伯克利,谁领导了这项研究。 “我们能够找到正确的平衡,我们的材料。”

另外,纸中设计出的工作就像他们的天然对应合成蛋白质提供了解决方案的长期挑战。单体分子键合在一起形成的聚合物,氨基酸和蛋白质是单体形式即。支配单体序列蛋白的功能,所以对于十年来,科学家相信他们准确地复制单体序列创造条件,功能以及天然存在的蛋白质的合成聚合物。

尝试制造先前合成的蛋白质使用的信道有序列定义的聚合物 - 以及肽和碳纳米管 - 但没有媲美其天然对应的性能。

许和她的合作者发现的聚合物中单体不必完全一致的匹配也不样蛋白的功能。更确切地说,它们的设计只需要统计学研究人员来检查四种类型的单体的序列 - 许称之为随机杂聚物(rhps) - 用于聚合物以及执行天然存在的蛋白质。单体可被分成像乐高片段来构造功能性蛋白质模拟物。

“埃斯塔比较汽车如何构建,”徐说。 “有不同的型号,颜色和形状,但其所包含的所有重要部件:如发动机,车轮和能源。对于每个部分,可以有不同的选择,如天然气或电力发动机,但在这一天结束,这是一个汽车,不是火车“。

许和她的团队设计的聚合物的图书馆也同样统计,在序列中,新发现的装配提供了灵活性。

“是什么让我们的新技术被看好它的可扩展也就是说,知识要做到这一点是现成的,”徐说。 “考虑可用的单体和聚合物化学的最新进展的广大,结婚合成的可能性,生物领域几乎是无限的。简单就是节俭天性。这是我们的工作,以破解其代码和睦相处“。

在纸张的其他共同作者包括蒋涛,艾伦·霍尔,艺术画框,周韵,致远阮,安德鲁病程,以及海盐煌加州大学伯克利分校,扎赫拉hemmatian和加州大学圣克鲁斯分校框架rolandi的,和橡树岭国家的威廉·海勒实验室。

这项工作是由美国陆军研究办公室和美国国家科学基金会的支持。