基于金属配位的方法为重要蛋白质结构基序的可控合成铺平了道路

东京科学研究所的研究人员报告称，一种新开发的方法可以通过金属-肽配位精确地产生四链β-折叠。他们的创新方法克服了受控β-折叠形成中的长期挑战，包括纤维聚集和最终产品中不受控制的异构体变化

这一突破可能会推动β-折叠在生物技术和纳米技术中的研究和应用

除了构成蛋白质的氨基酸的天然序列外，它们在空间中的三维排列对其功能也至关重要。例如，β-折叠是通过相邻肽链之间的氢键形成的片状结构，在蛋白质的稳定性和折叠中起着至关重要的作用

它们还与各种神经退行性疾病有关，包括阿尔茨海默病。另一方面，β-片材的工程在生物技术、医学和纳米材料科学中具有潜在的应用

不幸的是，由于两个原因，生产具有精确控制股数的β-板组件非常具有挑战性。首先，多股β-折叠倾向于聚集成称为纤维的聚集体，纤维很容易变得不溶，改变或否定其生物功能

其次，当肽链在β-折叠合成过程中结合时，许多结构异构体都是可能的。这意味着产生的组件通常具有不可预测的链方向、排列或数量，这使得很难只生产特定的目标化合物。由于这些原因，需要一种创建自定义β表的新方法

在2024年10月22日发表在《Angewandte Chemie International Edition》上的一项研究中，由日本东京科学研究所副教授泽田智博领导的一个研究小组着手寻找解决这些问题的方法

正如他们在研究中所报道的那样，他们开发了一种有前景的方法，利用银原子作为金属-肽配位中心来生产四链β-折叠

研究人员设计了一种五肽，简称为“1”，其中第二和第四个残基是3-吡啶基取代的丙氨酸残基。引入主链两侧的吡啶基充当银原子的金属络合位点

添加银（Ag）后，两个“1”分子将结合形成一个Ag2（1）2环，作为假设的中间体。有趣的是，由于反应过程中金属配位的可逆性，成对的Ag2（1）2环最终处于互锁状态，相邻五肽之间的氢键将整个β-折叠结构保持在一起

该团队通过核磁共振和X射线晶体学测量证实了这些互锁结构[Ag2（1）2]2的成功合成。最值得注意的是，产生的四链β-折叠会聚成单一类型的异构结构，没有聚集

简单地说，所有β链都是由两个互锁的环组成的，第一和第三条链指向一个方向，第二和第四条链指向另一个方向。在所有产生的β链中，互锁金属络合位点的相对位置也是相等的

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

Sawada说：“我们的研究结果表明，β-片酰胺氢键形成和侧链金属交联的结合限制了可能异构体的数量。换句话说，我们表明非共价侧链交联可以诱导高度选择性的离散形式的单结构β-片。”

这项研究的结果可以使β-折叠的研究更容易，从而释放它们在下一代生物技术和纳米技术中的潜力

“据我们所知，这是仅由非共价相互作用组装的四链β-片精确构建的第一个例子。我们相信，我们的努力为未来合理构建β-片结构和功能铺平了道路，”Sawada总结道 More information: Eisuke Tsunekawa et al, A Discrete Four‐Stranded β‐Sheet through Catenation of M2L2 Metal–Peptide Rings, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202416442

Journal information: Angewandte Chemie International Edition