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  傳統(tǒng)蛋白質(zhì)化學(xué)修飾方法存在諸如效率低、特異性差、難以精密控制等缺點(diǎn)，而引入非天然氨基酸又常常降低蛋白質(zhì)產(chǎn)率或致其失活。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)存在異肽鍵、酯鍵等特殊共價(jià)修飾的天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域進(jìn)行拆分，人們發(fā)展了一系列可基因編碼的多肽-蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)對(duì)，其典型代表為諜標(biāo)簽(SpyTag)和諜捕手(SpyCatcher)反應(yīng)對(duì)。它們完全基于天然氨基酸，不需要額外的化學(xué)試劑或催化劑即可自催化實(shí)現(xiàn)高特異性、高效的化學(xué)偶聯(lián)。通過(guò)將其編碼到相應(yīng)的基因序列中，人們可方便地控制蛋白質(zhì)的翻譯后修飾及進(jìn)一步衍生化。這為拓?fù)涞鞍踪|(zhì)及蛋白偶聯(lián)物的精密合成與材料應(yīng)用提供了強(qiáng)大的工具，對(duì)開(kāi)拓蛋白質(zhì)獨(dú)特功能在生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

  北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院張文彬研究員課題組致力于結(jié)合合成高分子和生物高分子的獨(dú)特基元和設(shè)計(jì)理念，發(fā)展具有不尋常結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的精密結(jié)構(gòu)大分子。他們將超分子化學(xué)中“組裝-反應(yīng)”協(xié)同的理念應(yīng)用到蛋白質(zhì)拓?fù)涔こ讨校Y(jié)合具有特殊纏繞結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)模板與多肽-蛋白反應(yīng)對(duì)，成功突破重組蛋白質(zhì)主鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為線(xiàn)性的局限性，實(shí)現(xiàn)了包括蛋白質(zhì)索烴、強(qiáng)制二聚體和星狀蛋白質(zhì)等在內(nèi)的多種拓?fù)涞鞍踪|(zhì)的生物合成，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該方法可大大增強(qiáng)蛋白的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和酶解穩(wěn)定性。他們也將該工具應(yīng)用于無(wú)損活性前提下對(duì)蛋白質(zhì)的可控加工，制備了包括薄膜和凝膠等在內(nèi)的全蛋白質(zhì)功能材料，實(shí)現(xiàn)在基因?qū)用嫔险{(diào)控材料的宏觀性質(zhì)，有效開(kāi)發(fā)了蛋白質(zhì)獨(dú)特功能在材料方面的應(yīng)用。此外，他們還利用蛋白質(zhì)工程，發(fā)展了多種各具特色的基于諜反應(yīng)的多肽-蛋白工具對(duì)，為進(jìn)一步拓寬其用途奠定了基礎(chǔ)。

  張文彬研究員課題組在《高分子學(xué)報(bào)》2018年第4期發(fā)表的專(zhuān)論中系統(tǒng)評(píng)述了可基因編碼的多肽-蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)對(duì)的研究進(jìn)展。他們首先回顧了此類(lèi)新型化學(xué)方法的發(fā)展背景，詳細(xì)闡述了多肽-蛋白質(zhì)反應(yīng)對(duì)的作用原理和調(diào)控機(jī)制，介紹了業(yè)內(nèi)在拓展一大類(lèi)具有各種特性的反應(yīng)對(duì)家族方面的初步嘗試，并總結(jié)了它們?cè)诘鞍踪|(zhì)拓?fù)涔こ虒W(xué)、人工疫苗、蛋白質(zhì)材料以及蛋白納米組裝體等諸多方面的應(yīng)用(圖1)。最后，他們總結(jié)了多肽-蛋白反應(yīng)對(duì)這一類(lèi)工具的優(yōu)缺點(diǎn)，并展望了其在高分子精密合成、性能調(diào)控和化學(xué)信息編譯等方面的廣泛應(yīng)用前景。

圖1  可基因編碼的多肽-蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)對(duì)及其用途

  鏈接地址：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/4/PDF/gfzxb20180034.pdf

  DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18034