研究表明，折叠肽比未折叠肽更具导电性

是什么将电子多肽放入肽中？根据《美国国家科学院院刊》的一项新研究，这是一种折叠结构

电子传输，即活细胞内的能量产生过程，能够进行光合作用和呼吸，在具有折叠结构的肽中得到增强。贝克曼高级科学技术研究所的跨学科研究人员将单分子实验、分子动力学模拟和量子力学相结合，以验证他们的发现

“这一发现为电子如何流过具有更复杂结构的肽提供了新的理解，同时为设计和开发更高效的分子电子器件提供了新途径，”首席研究员、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程James Economy教授Charles Schroeder说

蛋白质存在于所有活细胞中，是光合作用、呼吸（吸收氧气和排出二氧化碳）和肌肉收缩等细胞活动不可或缺的一部分

从化学上讲，蛋白质是像节日灯一样排列的长序列氨基酸，不同的颜色代表不同的氨基酸，如色氨酸和谷氨酰胺

在蛋白质最简单的形式（其一级结构）中，氨基酸串是平的。但氨基酸容易混合；当它们相互作用时，绳子会缠结，导致被称为蛋白质折叠（或二级结构）的结构崩溃

研究人员询问蛋白质的结构是否以及如何影响其导电能力，这是一个现有文献没有明确回答的问题

Schroeder Group的研究生Rajarshi“Reeju”Samajdar正在通过一次对一个分子进行实验来耐心地探索这个蛋白质问题。但Samajdar根本没有研究蛋白质。相反，他专注于肽，即含有少量氨基酸的蛋白质片段

他说，在这项研究中，Samajdar使用了大约四到五个氨基酸的肽，这使得观察更加精细

Samajdar看到了一些令人惊讶的事情：与具有二级结构的折叠肽相比，具有一级结构的拉伸肽似乎不是有效的能量导体。肽在每个州的行为之间的明显差异激起了他的好奇心

Samajdar说：“肽非常灵活。我们有兴趣了解当你拉伸它们时，电导特性是如何变化的，肽是如何从折叠的二级结构转变为延伸的构象的。有趣的是，我看到这两种结构之间有明显的跳跃，每种结构都有不同的电子特性。”

为了验证他的观察结果，Samajdar拜访了Moeen Meigooni，他是一名研究生研究助理，与贝克曼研究员、教授、J.Woodland Hastings生物化学教授Emad Tajkhorshid一起工作

该团队通过计算机建模模拟了肽的构象行为，证实了Samajdar观察到的不稳定结构变化

研究人员不遗余力地与蒙大拿州立大学化学助理教授Martin Mosquera和伊利诺伊州贝克曼研究员兼化学助理教授Nicholas Jackson合作，利用量子力学计算证实这两种离散结构确实与电导率的变化有关

Samajdar说：“我们相信，我们将单分子实验、结构建模与分子动力学和量子力学相结合的方法是理解分子电子学的一种非常强大的方法。”。“我们本可以直接进入量子领域，但我们没有。计算机模拟使我们能够研究肽的整个构象空间。”

研究人员的三重检验结果表明，具有折叠二级结构的肽确实比具有未折叠一级结构的多肽导电性更好。他们观察到的特定二级结构形成了一种称为310螺旋的形状

由于这项工作是在肽上进行的，因此这些结果有助于更好地理解更大、更复杂的蛋白质和其他生物分子中的电子传输，指向通过在两种不同结构之间切换来工作的半导体等分子电子设备的应用 More information: Rajarshi Samajdar et al, Secondary structure determines electron transport in peptides, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2403324121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences