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Biomolecular robotics for chemomechanically driven guest delivery fuelled by intracellular ATP,汇报人：李 涛 汇报时间：2013年12月21日,由细胞内ATP激发导致客体释放的生物分子机器人 作用的化学机制,ATP,文章概要,目录,纳米管（NT）是怎么组装的 ATP对纳米管的作用机制探究 纳米管的运载性能 纳米管的应用前景 我对这篇文献的整体评价,一、纳米管（NT）是怎么组装的？,01,02,NT的结构单元：一类重要的蛋白分子伴侣,1.概念：分子伴侣是指能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象,并能通过有控制的结合和释放,促进新生多肽链的折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输的一类蛋白质 。作为伴侣蛋白的一种，GroEL是研究比较深入的存在于细菌内的一种伴侣蛋白。 2.GroEL的结构：,GroEL蛋白是同型寡聚复合物，由14 个相对分子质量58 103 的亚基组成,形成两层垛叠的背靠背双环组成的中空圆柱结构,每个环由7 个亚基组成。,1.顶端结构域 位于圆柱两端的顶端开口处，是底物的结 合位点 2.赤道结构域 含有ATP的结合位点 3.铰链结构域 在顶端结构域和赤道结构域间传递构象变化,3.GroEL具有别构效应 引自张经余、赵志虎、蔡民华GroEL 分子伴侣研究进展2001年5月,01,02,GroELMC的制备,GroEL的突变体GroELCys,经部花青修饰的分子伴侣GroELMC,解决问题的具体过程,01,02,纳米管NT的组装,01,02,MC Mg2+ MC,两性的部花青单元,GroELCys (GroEL mutant),GroELMC,01,02,影响纳米管长度的因素,GroELCys顶端结构域中-SH残基被MC功能化的程度是影响NT长度的重要因素。,尺寸排阻色谱,01,02,影响纳米管长度的因素,二、ATP对纳米管的作用机制探究,01,02,纳米管在细胞内ATP的激发下裂解,在细胞内ATP的激发下，NT的确发生了裂解,ATP的作用位点在GroELCys上,01,02,影响细胞内ATP激发下纳米管裂解的因素,01,02,解决问题的具体过程,ATP类似物与NT作用的探究,CTP和UTP作为ATP的类似物，与GroEL作用时，能够引起其构象变化，而ITP和GTP却不能。,01,02,NT另一种断裂机制的比较,EDTA,EDTA的这种作用机制虽然也能使NT解离，但是这种解离机制明显比之前说到的ATP作用的解离机制效率要低很多，因为实验发现要达到同等程度的解离，EDTA的浓度要是ATP浓度的250倍。 而lgKMg-ATP=4.06,lgKMg-EDTA=8.7，因此排除了ATP的作用位点在Mg2+这一可能机制,01,02,解决问题的具体过程,ATP激发下的NT断裂机制深究,ATP激发下的NT的裂解机制：即ATP结合到GroEL赤道结构域的ATP结合位点，引起GroEL构象发生变化，这一构象变化会产生5-60pN的微弱张力，这一张力虽然微弱，但足以切断GroEL间的非共价相互作用，导致NT裂解。,三、纳米管的运载性能,01,02,NT载客实验初探 以GFPdenat作为实验客体,ATP,01,02,解决问题的具体过程,客体GFPdenat成功装载于NT的表征,01,02,解决问题的具体过程,客体GFPdenat成功释放的表征,01,02,解决问题的具体过程,客体释放的动力学影响因素ATP的浓度,01,02,ATP的浓度与客体释放情况的定量关系 S形曲线,四、纳米管的应用前景,01,02,基于细胞内外ATP的浓度差异的相关应用,生物体内的不同部位ATP的分布具有很大的差异 如： 细胞内ATP浓度：1-10 mM 细胞外ATP浓度：5 uM 肿瘤组织中细胞外ATP浓度：700 uM 肿瘤组织中细胞外ATP浓度：5 uM 另外发炎的组织中的ATP浓度以及正在分化的细胞内的ATP的浓度都 会较正常细胞内ATP浓度高很多,01,02,纳米管的进一步修饰,BA：2-羟甲基苯基硼酸的环脂衍生物,01,02,解决问题的具体过程,修饰后的NT对ATP的浓度仍保留响应活性,01,02,BANT进入细胞的实验表征,01,02,BANT载药进入细胞的概念验证,BANT载药进入细胞的概念验证,BANT载药进入细胞的概念验证,胞内外酶切实验的对比,BANT-AlexaLAdenat在生物体内的分布,五、我对这篇文献的整体评价,1.这篇文献的创新之处在于首次设计出对生物体内ATP浓度有响应活性的纳米管，并且将其进行修饰，使其能够穿透细胞膜，分散到细胞质中 2.本篇文献逻辑论证缜密，每个结论都有相关的表征结果作依托，并且每个作为表征结果的数据图表都很清晰准确。位置分配非常规范，使整篇文献的条理十分清晰。,这篇文献的亮点,这篇文献的不足之处,Fig.S2,blue curve,另外，在查阅其他文献时发现ATP与Mg2+之间也存在着螯合作用并且lgKMg-ATP=4.06也比较大（虽然不及lgKMg-EDTA=8.7）而本篇文献在排除ATP的作用位