【MOF固载蛋白质】：通过超分辨率显微镜揭示金属有机框架载体中蛋白质三维分布

首页 > 行业动态 > 【MOF固载蛋白质】：通过超分辨率显微镜揭示金属有机框架载体中蛋白质三维分布

摘要：
1）清华大学戈钧老师等报道的本篇文章（J. Am. Chem. Soc. 2024）中利用直接随机光学重构显微镜（dSTORM）技术，结合聚类分析方法，研究了蛋白质在金属-有机框架（P@MOFs）中的三维分布。
2）研究发现蛋白质分子与MOF前驱体相互作用形成团簇，并参与共沉淀过程。这种团簇形式通过减少蛋白质与锌离子和2-甲基咪唑（2-mIM）配体的直接接触，从而保持了整体酶活性。
3）本研究为P@MOFs的形成机制提供了新的见解，并为分析原位合成过程中蛋白质分子行为提供了基本工具，可用于开发具有高活性和功能性的不同结构。

研究背景：
1）在工业催化和生物制药领域，如何提高蛋白质在非生理条件下的稳定性是一个重要问题。
2）自然生物矿化过程启发了原位合成蛋白质@金属-有机框架（P@MOFs）的方法，该方法通过在水溶液中简单混合蛋白质、金属离子和有机配体来构建。
3）本研究首次使用超分辨率显微镜技术（dSTORM）和聚类分析来研究P@MOFs中蛋白质的三维分布模式，揭示了蛋白质在P@MOFs形成过程中的行为，并提出了蛋白质团簇参与共沉淀过程的新机制。

实验部分：
1) 使用共沉淀法合成了P@MOFs，并通过SEM、TEM、XRD、TGA、DLS和zeta电位等技术对合成的复合材料进行了表征。
2) 采用Alexa Fluor 647（AF647）作为荧光标签对蛋白质进行标记，并通过dSTORM技术获取了蛋白质在P@MOFs中的二维和三维分布图像。
3) 利用聚类分析方法对dSTORM图像中的蛋白质分布进行了定量分析，发现蛋白质在P@MOFs中形成了团簇，并参与了共沉淀过程。
4) 对不同蛋白质负载量下的P@MOFs进行了活性评估，发现蛋白质团簇有助于维持整体酶活性。

分析测试：
1) XRD和SEM/TEM结果证实了ZIF-8的晶体结构和形貌，ATR-FTIR确认了蛋白质的成功包封。
2) TGA分析显示BSA-AF分子的包封量约为13.9 wt %，荧光光谱证实了蛋白质-AF647在ZIF-8中的荧光特性。
3) dSTORM图像揭示了蛋白质在P@MOFs中的非均匀分布，聚类分析显示蛋白质倾向于在P@MOFs的中心区域形成高密度团簇。
4) Ripley’s K函数分析进一步验证了蛋白质团簇的存在，与完全空间随机分布（CSR）模型相比，蛋白质分布呈现出显著的空间聚集性。

总结：
1）本研究通过dSTORM技术和聚类分析，成功揭示了P@MOFs中蛋白质的三维分布，并提出了蛋白质团簇参与共沉淀过程的新机制。
2）研究结果表明，蛋白质团簇的形成有助于减少蛋白质与MOF前驱体的直接接触，从而保持了整体酶活性。
3）这一发现为理解P@MOFs的形成机制和活性保留提供了新的视角，并为开发具有高活性和功能性的P@MOFs结构提供了指导原则和基本工具。

展望：
1）探索不同类型蛋白质在P@MOFs中的分布行为，以及这些行为如何影响P@MOFs的催化性能；
2）进一步研究蛋白质团簇的形成机制，以及如何通过调控蛋白质-MOF相互作用来优化P@MOFs的结构和功能；
3）如开发新的荧光标记策略，以提高dSTORM成像的灵敏度和分辨率，从而更好地研究蛋白质在P@MOFs中的行为。

Direct Imaging of Protein Clusters in Metal–Organic Frameworks
文章作者：Yu Liu, Shitong Cui, Wenjun Ma, Yibo Wu, Ruobing Xin, Yunxiu Bai, Zhuo Chen, Jianhong Xu, and Jun Ge*
DOI：10.1021/jacs.4c01483
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01483

本文为科研用户原创分享上传用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。