物理科技生物学-PHYICA

研究人员展示了生物分子混合物如何交流、互动和适应环境

化学 2023-06-02 17:15:20

纽约城市大学高级科学研究中心 生物分子混合物相互作用的示意图

鸣谢:Ella Maru工作室和Ankit Jain 纽约城市大学研究生中心(纽约城市大学ASRC分校)高级科学研究中心的一名博士后研究人员在理解生物分子构建模块的复杂混合物如何形成自组织模式方面迈出了重要的一步

这一发现在《化学》杂志上发表的一篇新论文中有详细介绍,作者是纽约市立大学ASRC分校纳米科学倡议主任Rein Ulijn实验室的成员Ankit Jain,该发现提供了关于适应性生物功能的新知识,这对于设计具有类似能力和属性的新材料和技术至关重要

“所有的生命形式都始于相同的保守的结构单元,包括构成蛋白质的20种氨基酸,”贾恩说

“弄清楚这些分子的混合物是如何交流、相互作用并形成自组织模式的,将加深我们对生物学如何创造功能的理解

这种理解也可以产生全新的方法来创造材料和技术,这些材料和技术结合了生命过程,如适应、生长、愈合和在需要时开发新的特性

" 贾恩采用了一种新的合成方法,开始揭示复杂的生物分子混合物是如何相互作用并共同适应环境变化的

他没有试图解开现有系统中的分子组织,例如在生物细胞中发现的分子组织,而是在试管中通过创造含有旨在反应和相互作用的成分的混合物来解决这个问题

然后,贾恩跟踪并观察了生物分子响应环境变化而自发形成的日益复杂的模式的出现

“相互作用分子的复杂混合物是生命过程的基础,但它们通常不会在化学实验室中进行研究,因为它们杂乱无章,非常复杂,难以研究和理解,”Ulijn说

“系统地设计混合物并跟踪它们的行为使我们能够对分子混合物如何成为功能集合体进行基本观察

我们能够详细描述这些化学系统如何吸收外部条件的变化,以形成特定的积累和分解模式

我们还发现,具有如此多变量的系统表现出随机行为,因此当运行多个实验时,虽然整体模式形成看起来相似,但两个独立实验中的精确细节是不同的

" 贾恩的实验从混合一些精选的二肽开始,二肽是由两个氨基酸组成的最少的蛋白质样化合物

这些二肽组(根据其聚集和相互作用的能力设计)还包含一种催化剂,该催化剂使二肽能够动态重组并形成具有更复杂相互作用模式的肽

本文研究的最复杂的系统始于15种不同的二肽,它们可逆地结合形成225种独特的四肽

这样,贾恩就有可能追踪混合物中不同序列的肽的形成和分解

他观察到它们的相互作用模式受到环境条件的强烈支配

通过共价和非共价相互作用的层次模式来阐明分子自组织是理解与生命相关的生物功能如何出现的关键

新的自下而上的方法使研究人员第一次能够理解系综特征,同时提供信息的分子分辨率

这项工作表明,简单分子的混合物显示了自发的序列选择,这可能为生物功能的化学起源提供了见解

总的来说,基于多组分混合物的适应性系统的设计很可能导致发现模式如何决定可重构的功能材料的形成,这些材料为未来的生物启发技术带来了希望

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