基于蛋白单链置换反应的生物传感机器

自然建造生物有机体的最基本的两种分子是核酸和氨基酸。得益于核酸分子互补配对的可预测性，以及DNA分子坚实的物理化学性质，DNA纳米技术被广泛的发展以及应用。其中，基于单链置换反应的DNA纳米技术被广泛使用，因其可以到达对于生物分子反应的高度可控性。然而，基于氨基酸多肽链建造的分子机器目前还未被开发。近日，凯斯西储大学 (Case Western Reserve University) 电子设计中心团队的Yifan Dai博士与克利夫兰诊所 (Cleveland Clinic) 合作，模仿DNA分子互补配对（氢键）相似的化学反应，建造了基于氨基酸多肽链的单链置换反应 (peptide-based strand displacement reaction)，实现了动态可控的生物传感机器。

氨基酸多肽链的单链置换反应建造的基础是卷曲螺旋多肽的静电相互作用 (coiled-coil interaction)。为了实现置换反应，特殊立足点位 (toehold) 的多肽结合用于实现热力学导致的移位过程，最终实现双链重组。通过设计toehold结构域的氨基酸序列，文章展示了将设计的分子机器用于Tau蛋白的电化学检测。作者指出因为氨基酸包括多种分子单元，基于可控的二级结构，蛋白单链置换反应可在未来得到更为广泛的应用。相关论文于近期发表在ACS Sensors 上。

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Dynamic Control of Peptide Strand Displacement Reaction Using Functional Biomolecular Domain for Biosensing

Yifan Dai, Kevin Abbasi, Smarajit Bandyopadhyay, Chung Chiun Liu

ACS Sensors, 2019, DOI: 10.1021/acssensors.9b00831