短肽自组装形成有序生物分子结构

本实验的总体目标是生成以生物分子项链形式存在的多肽组装体。首先，通过将二苯丙氨酸及其Bach保护类似物分别溶解于适量的六氟丙醇（HFP）中，配制储备溶液，终浓度为100毫克/毫升。第二步，按5:3的比例混合多肽储备溶液，即将10微升的二苯丙氨酸多肽溶液与6微升的Bach保护二苯丙氨酸多肽溶液混合。

接下来，将混合的肽类储备液加入新配制的50%乙醇中，使苯丙氨酸的终浓度为每毫升5毫克，而Bach保护的苯丙氨酸为每毫升3毫克。最终通过扫描电子显微镜观察显示，这两种肽共同组装形成了生物分子项链结构。采用此类自组装过程的主要优势在于，通过自发进行的反应，即可生成复杂的结构。

体外实验在此处指多肽的自组装过程，具体为二肽的共组装。演示该实验步骤的人员为Nuran，一位来自前实验室的研究生。开始苯丙氨酸二肽自组装形成管状结构的实验时，需通过将苯丙氨酸二肽溶解于HFP中，配制浓度为100毫克/毫升的多肽储备溶液。为确保溶液均匀，使用涡旋振荡器混合数秒，并在实验台上静置数分钟，直至多肽完全溶解，溶液澄清透明。

将肽储备液用三蒸水稀释至终浓度为每毫升2毫克。室温下放置24小时。对于共组装步骤，分别将2毫克二苯丙氨酸肽和1毫克Bach保护的二苯丙氨酸肽溶于六氟丙醇（HFP），配制成浓度为每毫升100毫克的溶液。

然后使用涡旋振荡器将溶液混合数秒钟，并在实验台上静置几分钟，直至多肽完全溶解且溶液澄清。按照5比3的比例混合多肽储备液，即取10微升二苯丙氨酸多肽溶液与6微升Bach保护的二苯丙氨酸多肽溶液混合。随后使用涡旋振荡器将溶液充分混匀。

随后，取 8 微升混合的肽类储备溶液，加入到 92 微升新配制的 50% 乙醇中，使二苯丙氨酸的终浓度为 5 毫克/毫升，Bach 保护的二苯丙氨酸为 3 毫克/毫升。使用移液器轻轻混匀溶液。

在室温下孵育24小时后，取10微升肽溶液滴加到玻璃盖玻片上，并在室温下使其自然干燥。使用溅射镀膜仪在玻璃盖玻片样品表面镀上一层薄金，镀膜时间为90秒。完成后，采用扫描电子显微镜（SEM）在10至20千伏电压下对组装结构进行成像。

进行透射电镜分析时，将10微升肽溶液滴加到覆盖有碳膜并由聚合物薄膜支撑稳定的200目铜网上。一分钟后，用滤纸吸去多余液体。接着，将2%醋酸铀溶液转移至注射器中，并使用0.22微米滤器进行过滤。

在载网上滴加10 µL醋酸铀溶液以保持样品状态。30秒后，用滤纸吸去多余液体，并在120 kV的透射电子显微镜（TEM）下对载网上的样品进行成像。进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析时，将30 µL肽溶液滴加到氟化钙窗片上。

将溶液在室温下晾干，以抑制傅里叶变换红外光谱（FTIR）中的水信号。在干燥的肽样品上滴加一滴重水（deuterium oxide）。将样品在真空干燥器中干燥后，重复前述步骤两次，以确保氢原子与氘原子的交换达到最大程度。

最后，使用氘化三甘氨酸硫酸盐检测器记录傅里叶变换红外（FTIR）光谱。利用仪器配套软件确定透射率最低值，以证明肽分子通过自组装形成了有序结构。两种简单的芳香族肽共组装产物通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析进行制备与表征。

这些混合肽形成了球形组装结构，其直径为几微米，通过直径数百纳米的伸长结构相互连接，由于形态上与琴弦高度相似而得名。这些结构被称为分子项链。对这些结构的原子力显微镜分析清楚地展示了它们的三维排列方式。

此外，对各种样品不同区域的扫描电镜分析表明，该过程具有很高的产率。傅里叶变换红外光谱分析提供了肽组装体二级结构的信息。酰胺的吸收光谱。

苯丙氨酸二肽在乙醇中形成的球形组装体的一条谱带在1,657 cm⁻¹处显示单一的酰胺峰，表明其具有α-螺旋构象。苯丙氨酸二肽在乙醇中形成的管状结构在1,613 cm⁻¹和1,682 cm⁻¹处显示出两个明显的峰，对应于β-折叠二级结构。两种肽共组装形成的生物分子项链的傅里叶变换红外光谱（FTIR）与其各自单独肽的峰归属不同。

在 1,653 个倒数厘米处的第一个峰对应于α螺旋结构，而在 1,684 个倒数厘米处的第二个峰则与β转角构象相关。不同光谱之间的差异表明生物分子项链具有独特的结构。观看本视频后，您应该能够很好地理解如何通过染料肽生成基于肽的组装体。

该方法可轻松应用于其他生物分子，以形成复杂的结构。请务必注意，接触有机溶剂可能具有极高危险性。进行此操作时，应始终佩戴手套、实验服和护目镜。