物理科技生物学-PHYICA

酶的构象影响脂肪圣圭酶驱动的纳米马达的性能

化学 2022-04-05 00:02:11

卡洛斯三世全国心血管研究中心(1996年成立

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) 信用:Angewandte Chemie 国家心血管研究中心(CNIC)、康普鲁坦斯大学(UCM)、吉罗纳大学(德国)和加泰罗尼亚生物工程研究所(IBEC)的科学家与其他国际中心合作进行的一项研究,克服了使用由脂肪酶驱动的纳米机器人的一个关键障碍,脂肪酶通过分解食物中的脂肪使其被吸收而在消化中发挥重要作用

这项研究是由CNIC显微术和动态成像部门的马尔科·菲利斯(ICTS科学院的一部分)和IBEC的ICREA研究教授萨缪尔·桑切斯共同协调的

这篇发表在Angewandte Chemie国际版杂志上的文章描述了一种调节酶驱动马达的工具,拓宽了它们潜在的生物医学和环境应用

微生物能够游过复杂的环境,对周围环境做出反应,并自主组织起来

受这些能力的启发,在过去的20年里,科学家们成功地人工复制了这些微小的游泳者,首先是在宏观-微观尺度,然后是纳米尺度,在环境修复和生物医学中找到了应用

“微型和纳米马达的速度、承载能力和表面功能化的简易性使得最近的研究进展将这些装置转化为解决许多生物医学问题的有前途的工具

然而,更广泛使用这些纳米机器人的一个关键挑战是选择合适的马达来推动它们,”桑切斯解释说

在过去的5年里,IBEC小组率先使用酶为纳米马达产生推进力

桑切斯说:“生物催化纳米马达使用生物酶将化学能转化为机械力,这种方法引起了该领域的极大兴趣,脲酶、过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶是驱动这些微型发动机的最常见选择。”

CNIC集团在不同纳米材料表面脂肪酶的结构操作和固定方面处于领先地位

脂肪酶是极好的纳米马达组分,因为它们的催化机制涉及开放的活性形式和封闭的活性形式之间的主要构象变化, “在这个项目中,我们研究了调节脂肪酶的催化活性来推动硅基纳米粒子的效果,”菲利斯解释说

除了酶的三维构象之外,研究小组还研究了在酶固定在纳米马达表面的过程中控制酶的方向如何影响其催化活性,从而影响纳米机器人的推进

研究人员对硅纳米粒子的表面进行化学修饰,在固定化过程中产生脂肪酶构象和取向的三种特定组合:1)开放构象加受控取向;2)封闭的构象加上不受控制的取向;3)介于1和2之间的情况

该团队使用光谱技术分析了三种类型的纳米机器人,评估与酶活性相关的催化参数的分析,动态分子模拟(由Silvia Osuna教授在UdG的团队执行),以及通过显微镜技术直接跟踪单个纳米运动轨迹

“研究结果表明,将开放的酶构象与纳米马达上的特定方向结合起来,对于实现可控推进至关重要

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