生物分子有序结构由短肽的自组装形成
November 21st, 2013
本文描述了通过自组装的自发过程中形成高度有序的基于肽的结构。该方法利用市售的肽和普通的实验室设备。这一技术可以应用到大量的各种肽，并可能导致新的基于肽的装配体的发现。
该程序的总体目标是以生物分子项链的形式生成基于肽的组装体。这是通过首先制备储备液来实现的，方法是将二苯基丙氨酸及其 Bach 保护类似物分别溶解在适量的 HFP 中，直至最终浓度为 100 毫克/毫升。第二步是将 10 微升二苯丙氨酸肽溶液与 6 微升 Bach 保护二苯丙氨酸肽溶液混合，以 5：3 的比例混合肽储备液。
接下来，将混合肽储备液添加到新鲜制备的 50% 乙醇中，得到二苯丙氨酸的最终浓度分别为每毫升 5 毫克和 Bach 保护的二苯丙氨酸每毫升 3 毫克。实际上，最终使用扫描电子显微镜来显示由两种肽共组装的生物分子项链。使用如此处演示的自组装过程的主要优点是，通过自发进展，可以生成复杂的结构。
在体外，这里代表肽的自组装，具体来说，证明这个过程的二肽的共组装将是 nuran，一个研究生以前的实验室。为了开始将二苯丙氨酸自组装成管状结构的程序，通过将二苯丙氨酸肽溶解在 HFP 中来制备 100 毫克/毫升的肽储备溶液。为确保溶液的均匀性，请将其与涡旋混合器混合几秒钟，然后将其放在工作台上几分钟，直到肽完全溶解且溶液澄清。
在三重蒸馏水中将肽储备液稀释至终浓度为 2 毫克/毫升。将溶液在室温下保存 24 小时。对于共组装程序，将 2 毫克二苯基丙氨酸肽和 1 毫克 Bach 保护的二苯基丙氨酸肽分别溶解在 HFP 中，浓度为 100 毫克/毫升。
然后用涡旋混合器混合溶液几秒钟，并将其放在工作台上几分钟，直到肽完全溶解并且溶液澄清。将 10 微升二苯基丙氨酸肽溶液与 6 微升 Bach 保护二苯基丙氨酸肽溶液混合，以 5 比 3 的比例混合肽储备液。然后使用涡旋混合器混合溶液。
然后，将 8 微升混合肽储备液加入 92 微升新鲜制备的 50% 乙醇中，得到二苯丙氨酸的最终浓度为每毫升 5 毫克，每毫升的最终浓度为 3 毫克。对于 Bach 保护的二苯丙氨酸。使用移液管轻轻混合溶液。
在室温下孵育 24 小时后，将 10 微升肽溶液滴在玻璃盖玻片上，并使其在室温下干燥。使用溅射镀锌剂在玻璃盖玻片上涂上一层薄薄的金，持续 90 秒。完成后，使用在 10 到 20 KB 下运行的 SEM 对组件进行成像。
对于 TEM 分析，将 10 微升肽溶液滴在 200 目铜网格上，该铜网格覆盖有碳，并由聚合物膜支撑物稳定。一分钟后，使用滤纸去除多余的液体。接下来，将 2% 小便池醋酸盐溶液转移到注射器中，并使用零点 22 微米过滤装置过滤。
为了留在样品中，将 10 微升小便池醋酸盐溶液滴在网格上。30 秒后，使用滤纸去除多余的液体，通过以 120 KB 电压运行的 TEM 对网格上的样品进行成像。对于 FTIR 分析，将 30 μL 肽溶液滴到氟化钙窗口上。
让溶液在室温下干燥，以抑制 FTIR 光谱中的水信号。将一滴氧化氘滴在干燥的肽样品上。在真空下干燥样品后，重复前面的步骤两次，以确保最大的氢到氘交换。
最后，使用氘代硫酸三甘氨酸检测器记录 FTIR 光谱。使用仪器随附的软件确定透射率最小值，以证明通过肽的自组装形成有序结构。制备了两种简单芳香族肽的共组装，并使用 SEM 和 TEM 分析进行了表征。
混合肽形成了直径为几微米的球形组装结构，由于形态高度相似，由直径为几百纳米的细长结构连接，以敲打其琴弦。这些结构被称为分子项链。对这些结构的 FM 分析清楚地证明了它们的三维排列。
此外，对各种样品的不同区域的 SEM 分析表明，这个过程的发生产量很高。FTIR 分析提供有关肽组装体二级结构的信息。酰胺的吸收光谱。
由 Bach 保护的二苯丙氨酸肽在乙醇中形成的球形组装体的一个带在 1， 657 平方厘米处显示单个酰胺峰，表明 α 螺旋确认。乙醇中二苯基丙氨酸肽形成的管状结构在 1， 613 平方厘米和 1， 682 平方厘米处显示出两个独特的峰，这与 β 折叠二级结构相关。由两种肽的共组装形成的生物分子项链的 FTIR 谱图，与每个单独肽的峰分配相延。
1， 653 倒数厘米处的第一个峰对应于 α 螺旋结构，1， 684 倒数厘米处的第二个峰对应于 β 转角确认。各种光谱之间的差异表明生物分子项链的独特结构。看完这个视频后，您应该对如何通过染料肽生成基于肽的组装有一个很好的了解。
该方法可以很容易地应用于其他生物分子，以形成复杂的结构。不要忘记，带着有机溶剂行走可能非常危险。手套。执行此程序时应始终佩戴实验室外套和安全眼镜。
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概述
本研究聚焦于使用市售肽质的基于肽的结构自组装，特别是生物分子项链。该方法简单直接，可以引领发现新的肽组装。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物化学
- 结构生物学
- 肽化学
背景
- 自组装是一种可以创造复杂结构的自发过程。
- 肽在特定条件下可以形成有序结构。
- 利用常见实验室设备使这种方法易于实现。
- 该研究探索了各种肽在组装形成中的潜力。
研究目的
- 生成生物分子项链形式的基于肽的组装。
- 展示通过自组装创造复杂结构的方法。
- 探讨在此过程中使用市售肽的可能性。
使用的方法
- 制备二苯丙氨酸及其Bach保护类似物的母液。
- 以特定比例混合肽母液。
- 将混合溶液加入乙醇中以达到所需浓度。
- 使用扫描电子显微镜来可视化组装结构。
主要结果
- 从肽混合物中成功形成生物分子项链。
- 展示自组装过程导致复杂结构的形成。
- 使用扫描电子显微镜可视化组装结构。
- 通过此方法发现新的基于肽的组装的潜力。
结论
- 自组装方法有效用于生成基于肽的结构。
- 这种方法可以应用于各种肽。
- 进一步探索可能会带来肽组装领域的新发现。
常见问题
Executive Industry Relevance
Peptide self-assembly enables the formation of complex biomolecular structures under mild conditions, offering a scalable and accessible route to biomaterials for drug delivery and nanomedicine. This method supports early-stage target validation by providing reproducible, quantifiable assemblies that can be characterized via microscopy and spectroscopy. The approach reduces mechanistic ambiguity in peptide-based system design, accelerating translational continuity from discovery to preclinical evaluation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of peptide-driven self-assembly mechanisms to validate structural hypotheses.
- Operational Value: Uses commercially available peptides and standard lab equipment for rapid hypothesis testing.
- Predictive Value: Supports de-risking of peptide-based therapeutics by confirming ordered structure formation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized peptide assemblies suitable for high-resolution imaging and spectroscopic analysis.
- Operational Value: Facilitates assay readiness through consistent co-assembly protocols and defined peptide ratios.
- Scalability: Permits adaptation to other peptide classes for multiplexed screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates formation of defined nanostructures (e.g., biomolecular necklaces) with tunable morphology via peptide blending.
- Operational Value: Enables correlation of FTIR peaks with secondary structure (alpha helix, beta sheet, beta turn) for functional prediction.
- Translational Continuity: Supports progression from discovery to preclinical by providing characterized, stable assemblies.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to lead optimization, where peptide assembly behavior informs structure-function relationships and material properties.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on peptide interactions and supramolecular organization.
- Screening: Delivers reproducible, quantifiable outputs (e.g., assembly diameter, morphology) for condition comparison.
- Analytics: Provides FTIR and microscopy readouts that enable structural classification and batch consistency.
- Translational Research: Connects assembly characteristics to potential biomedical applications via structural validation.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular platform adaptable to diverse peptides for repeated use across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in peptide assembly behavior and structural outcomes.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and low barrier to entry using commercial reagents.
- Strategic Value: Informed go/no-go decisions based on structural data, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of peptide candidates with validated assembly profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in peptide handling and organic solvent safety (HFP, ethanol).
- Depends on access to SEM, TEM, and FTIR for structural characterization.
- Necessitates cross-team standardization of blending ratios and incubation protocols.
- Involves adaptation considerations when extending to other peptide sequences or solvent systems.
- Limited by the need for vacuum drying and deuterium exchange in FTIR to suppress water interference.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:33
Self-Assembly of Homoaromatic Dipeptides and Co-assembly of Two Homoaromatic Dipeptides
3:11
Characterization of the Self Assembled Structures Using Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy
4:18
Characterization of the Secondary Structure by FT-IR
5:00
Results: Characterization of the Highly Ordered Self-assembled Peptides
6:51
Conclusion
