蛋白質新功能:電導體！新發現顛覆傳統認知

來源：作者：人氣：-發表時間：2019-03-10 10:18:00【大中小】

傳統上，單蛋白質分子被廣泛認為是電絕緣體。最近的一項發現推翻了這一觀點，指出蛋白質是強的電導體。亞利桑那州立大學的這一發現令所有參與者感到吃驚。“如果你5年前告訴我蛋白質將是良好的電路元件，我會嘲笑你-這太荒謬了，”生物設計單分子生物物理中心（ASU）主任Stuart Lindsay這樣評論。

最近的一項發現蛋白質是強的電導體

蛋白質是生命的重要組成部分，但它們的作用可能差別很大。它們由20個氨基酸組成，由不同的DNA片段編碼。它們的三級結構——或有時具有四級結構——依賴于整個多肽鏈中不同點的不同氨基酸之間的相互作用，并且可能變得越來越復雜。

從抗體到酶到信使，多年來科學家們一直在仔細研究蛋白質，因為它們在許多生命關鍵過程中發揮著重要作用。但是，還有很多東西需要學習。最近發現的一個令人驚訝的蛋白質特征是蛋白質可以在適當的條件下導電。

從荒謬到證明

這項最新研究發表在“美國國家科學院院刊”上，已經取得了實驗性的進展。為什么蛋白質可以成為良好的電導體？正如科學的所有進展一樣，隨著這一新發現完全推翻了他們以前所持有的信念，研究人員開始致力于探索這種新的蛋白質特征。

亞利桑那州立大學生物設計單分子生物物理中心主任Stuart Lindsay

“幾年前我們就已經發現，一種參與將細胞粘在一起蛋白質，不具有已知的電功能，如果通過它自身識別的蛋白質配體與電極相連，就會像完美的電線一樣可以傳導電信號。”Lindsay解釋。

“這對我們來說是一個巨大的謎。目前的研究旨在確定這是否是“任何一種蛋白質都具有的一般屬性”。這看起來是真的，事實證明：我們嘗試過的所有蛋白質，通過它們識別的特定分子連接到電極上，就能制造出幾乎完美的分子電線——盡管我們還遠未理解為什么會這樣。“

研究小組發現，蛋白質必須通過它們結合的特定分子與電極連接，才能它們轉化為電導體。當一切就緒時，它們就成為一個電子回路的完美組成部分。

傳遞信息

在呼吸，光合作用和其他關鍵生物過程中，整個系統中的電子流動是反應的重要部分。由于沒有直接的分析方法，因此難以理解其復雜的內部工作原理。在Lindsay團隊的新研究中，單個蛋白質分子的電子測量只需使用掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope）即可完成。

該團隊發現的第一種能成為電導體的蛋白質是整合素，整合素能夠將細胞的細胞骨架連接附著在細胞外基質上。當整合素參與識別一個小的多肽分子時，它就成為一種強電導體。這個發現使得該小組開始尋找其他能夠成為導體的蛋白質。

研究人員專門在已知沒有參與電子轉移作用的蛋白質中尋找研究目標，他們選擇了六種蛋白質進行下一步研究。同樣的，當電極連接到某個蛋白質在天然水性環境中能結合的配體分子上時，這個蛋白質就能作為成功的導體。

該團隊的一項重要發現是，當可以構建兩個特定的接觸點時，蛋白的電導率最高——例如，用具有兩個抗原結合位點的抗體，可實現電導率最高。而當將抗體切成兩半時，觀察到電導率顯著降低。

蛋白質電子生命的下一步是什么？

研究當然不會止步于此，因為這將有可能實現以高特異性檢測單個分子的新方法，以及將蛋白質構建為電路的組件。該技術將有望實現通過抗原結合位點——也就是抗原表位——以電信號來檢測抗體和抗原之間的結合。

理論上，當電極連接到抗原表位上，如果存在單個抗體就應當能夠被電感應到。該方法的一個好處是當沒有抗體附著時，讀數將為零，不存在生化熒光測定中由于背景信號導致的錯誤讀數的風險。

Lindsay現在正致力于利用這個知識來設計系統：“一個蛋白結合位點就可以，但最好的回路是由兩個特定的蛋白結合位點組成的。一旦掌握了這些知識，就像告訴你如何使用一塊電子設計軟件來制作蛋白質電路。”

該團隊現在希望開發基于芯片的技術版本。這可以通過連接到計算機來幫助推進個性化醫療領域，將從新方法收集的信息轉換成即時分析的結果。 “接下來的步驟實際上是制造一些基于蛋白質的機器，這些機器將在醫學和分析化學中發揮非常有用的作用，”Lindsay總結道。 “這項技術非常強大。”


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此文關鍵字：蛋白質 :電導體

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