基于多肽分子设计和性质调控的生物矿化界面作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21071151
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    35.0万
  • 负责人：
    徐海
  • 依托单位：
    中国石油大学（华东）
  • 学科分类：
    B0506.智能与仿生材料化学
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

界面作用是生物矿化的核心问题。本项目根据蛋白质的两亲性和分子构象，拟设计三类酸性多肽分子-肽表面活性剂、β发夹肽和α螺旋肽，使用液相原子力显微镜研究它们对方解石(104)晶面生长及溶解的影响。项目旨在揭示有机基质的分子特性在界面调控作用中的地位，从分子及超分子水平上加深并拓宽对界面作用机制的认识和理解，指导无机材料在形态与功能上的仿生制备。主要研究内容包括：(1)固定极性氨基酸头基，通过疏水氨基酸的变化调节多肽表面活性剂的两亲性、界面活性，继而考察这些性质的变化对(104)晶面台阶生长动力学和界面能的影响；(2)通过组成氨基酸和溶液环境的变化，调控β发夹肽和α螺旋肽的二级结构以及酸性官能团在分子中的排布，进而研究这些变化对(104)晶面台阶生长方向、形貌的影响；(3)选择适宜的自组装肽，探索它们在方解石(104)晶面上的组装位置、过程和组装体结构，以及组装行为对晶面溶解(蚀坑)的影响。

结项摘要

多肽、蛋白质等生物有机分子与矿物之间的界面作用是生物矿化的核心问题。为了从分子水平上研究生物分子与矿物间的界面作用机制，本项目以方解石作为研究对象，通过液相原子力显微镜、透射电子显微镜等手段考察了氨基酸的分子结构和手性、多肽的分子两亲性和二级结构、酸性和碱性蛋白质对方解石(104)晶面溶解和生长以及碳酸钙晶体沉积的影响。主要结论如下：.（1）通过改变氨基酸的分子结构，可以调控方解石(104)面溶解蚀坑和生长丘的形貌。蚀坑和生长丘形貌与有机分子的空间结构密切相关，取决于分子中各个官能团的间距。通过修饰效果的对比可知，氨基和羧基都是活泼的官能团，均能与方解石钙原子发生键合并可参与界面氢键的生成。在方解石-氨基酸界面作用中，有机分子与无机表面间的结构匹配起主导作用，立体化学互补、分子手性以及扭折位的空间环境起次要作用，静电吸引所起的作用较小。.（2）随着疏水残基的疏水性增加，多肽表面活性剂对方解石(104)面螺旋生长丘形貌和速率的影响逐渐减弱。加入多肽Ac-G4D-OH 可以使生长丘负方向的台阶变弯曲，增大正、负方向的台阶生长速率。而同样浓度的Ac-A4D-OH 或Ac-V4D-OH 的加入对生长丘的形貌都没有明显的影响。.（3）螺旋肽（3E、3D）在水溶液中的α-helix 结构含量可以通过温度来调控。在较低的肽浓度下，3 ℃时螺旋肽的α-helix 含量较高，沉积的方解石晶体沿[010]（C-轴）方向拉长，表达了{110}晶面；25 ℃时，螺旋肽的α-helix 含量较低，对沉积的方解石不产生修饰。在较高的肽浓度下，螺旋肽在3 ℃和25 ℃时都方解石晶体的修饰是一致的，即矿物沿[010]（C-轴）方向拉长并表达了{110}晶面。这是由于在多肽浓度较高时，25 ℃下溶液中α-helix 结构的含量也随之升高，达到足够对碳酸钙晶体形貌进行修饰的量。.（4）白蛋白和溶菌酶是鸡蛋白中的两种主要蛋白质，与蛋壳乳头状层的形成密切相关。白蛋白对方解石(104)面螺旋生长丘的影响主要有两个方面，其一，有利于在台地表面形成无定形碳酸钙/白蛋白聚集体；其二，通过降低离子在台阶表面的能垒加速台阶的生长速率，这两种作用与白蛋白本身的性质（酸性和两亲性）密切相关。相反，溶菌酶是一种碱性蛋白，并不诱导无定碳酸钙的产生，但它可以与台阶边缘作用分切台阶，使台阶发生聚束并在较高浓度完全抑制台阶的生长。

项目成果

期刊论文数量（3）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Crystal Growth of Calcite Mediated by Ovalbumin and Lysozyme: Atomic Force Microscopy Study
卵清蛋白和溶菌酶介导的方解石晶体生长：原子力显微镜研究
  • DOI：
    10.1021/cg301820w
  • 发表时间：
    2013-03
  • 期刊：
    Crystal Growth & Design
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhao, Kang;Wang, Meng;Wang, Xiaoqiang;Wu, Congmeng;Xu, Hai;Lu, Jian R.
  • 通讯作者：
    Lu, Jian R.
Molecular Modulation of Calcite Dissolution by Organic Acids
有机酸对方解石溶解的分子调节
  • DOI：
    10.1021/cg200403t
  • 发表时间：
    2011-07
  • 期刊：
    Crystal Growth & Design
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wu, Congmeng;Wang, Xiaoqiang;Zhao, Kang;Cao, Meiwen;Xu, Hai;Xia, Daohong;Lu, Jian R.
  • 通讯作者：
    Lu, Jian R.

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其他文献

Modulation of intra-and inter-sheet interactions in short peptide self-assembly by acetonitrile in aqueous solution
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  • 作者：
    何化;胡婧;陈翠霞;徐海;吕建仁
  • 通讯作者：
    吕建仁

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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