什么是蛋白传感器

最佳答案:

由Duke大学医学研究中心的生化学家Homme Hellinga率领的研究小组最近成功开发了一项新技术，利用该技术可以将蛋白质修饰为对某些化学物质具有高特异性、高敏感性的生化传感器。这些修饰蛋白一旦与电极相连就会产生对某混合物中特定的化学物质产生反映该物质浓度和特性的电信号。据此可以探测某些化学成分并精确计算该物质的浓度水平。

详情介绍

由Duke大学医学研究中心的生化学家Homme Hellinga率领的研究小组最近成功开发了一项新技术，利用该技术可以将蛋白质修饰为对某些化学物质具有高特异性、高敏感性的生化传感器。这些修饰蛋白一旦与电极相连就会产生对某混合物中特定的化学物质产生反映该物质浓度和特性的电信号。据此可以探测某些化学成分并精确计算该物质的浓度水平。

中文名

蛋白传感器

研发

Homme Hellinga

方法

将蛋白质修饰

特点

高特异性、高敏感性

蛋白传感器简介

以前已经有利用修饰加工蛋白质成功探测血糖及啤酒中麦芽糖的相关报道，这充分说明此类蛋白质能够将某些特定生物分子从某混合物中挑选出来，并且并不对该混合物中的其他成分造成任何不良影响。

蛋白传感器专家说明

Hellinga认为由于这些修饰蛋白作用非常强大并具有高特异性的特点，相信这些特异蛋白的问世将为开发大量的化学探测器提供重要物质基础。仅就医学用途而言，可以预测利用某一集大量此类生化传感器的微小生化芯片，在病人床边借助一滴血液临床医生就完全能够直接迅速地测出患者体内某药的血药浓度或其他如血糖之类的代谢产物的水平。还比如，麻醉医生利用此类生物传感器就可以随时监测术中病人体内麻药的浓度变化，以及诸如肾上腺素之类的重要代谢物质的水平而不必再依靠准确度较差的检测指标。因此，这些生物传感器的开发成功，在很多情况下将会使许多昂贵的实验室检查以及费时的所谓临床分析技术被这些生化传感器所代替而逐渐成为历史。而且，Hellinga先生还进一步指出，借助于可植入式血糖传感器就可以持续检测糖尿病患者的血糖水平并可为人工胰提供长期功能监测。此外，Hellinga博士还预言此类生化传感器将来还会在监测污染源以及生化武器等有害物质方面大有用途。

蛋白传感器系统的适应性强

Hellinga先生强调，该检测系统具有很强的适应性。他说：“这些修饰蛋白是以细菌赖以检测周围化学环境的特异蛋白质为基础开发出来的，由于自然界化学物质不计其数，这就决定了细菌蛋白检测系统种类的多样性，而另一方面也就为成千上万生物传感器的诞生提供了物质基础。借助于我们自行研制的功能强大的计算机辅助设计工具，将这些种类众多的研究对象加以修饰加工，使之成为高特异性及高敏感性的蛋白生化传感器完全可能。”

“而且，其他生物传感器与之相比，就显得不仅操作复杂而且效用低下，那些检测系统一般都是依靠酶促反应来完成的，需要监测化学反应的反应物及生成物，并需随时补充消耗的化学物质；加之那些生化传感器在很大程度上都依赖于天然蛋白质，这就大大限制了其适应性。我们开发的修饰蛋白传感器不仅具有很好的适应性，而且这些修饰蛋白可以认为都是生物成分与电子成分的稳固组合。”Hellinga补充道。

蛋白传感器论文描述

在发表的论文中，Hellinga及其合作者描述了他们如何以一种称之为“细菌胞质结合蛋白”的细菌蛋白质为研究对象开始进行研究的详细过程。那些细菌蛋白质族是由许多位于细菌表面的“超家族”蛋白质组成的。这些超家族蛋白就是细菌用来寻找诸如葡萄糖等食物资源以及躲避有毒物质的高效特异传感器。

除了他们广泛的可变性以外，这些蛋白质主要的特点为它们的功能活性区域是与细菌传递代谢信号的特定结构域变构耦合在一起的。这样内部信号变化就可以直接触发诸如细菌向食物源移动的生物活动。所谓变构耦合现象就是指蛋白质的两个彼此独立的不同结构域，其中一个可以在不影响另一个结构域的情况下自身发生剧烈变化。尤其是细菌蛋白质的功能活动就如铰链一般，当化学靶物质一旦与其活性部位结合，该铰链就会并拢，从而触发产生远处的代谢信号。“称之为铰链折叠运动很容易令人理解，也较好操作”Hellinga解释说。例如，在一项实验中，科研人员改变了细菌麦芽糖结合蛋白的活性部位，使之与钌金属离子结合部位耦合在一起，当该离子结构域一旦发生改变就会产生电压变化。因此，在加入麦芽糖使该蛋白的结构发生变构的同时，就会产生麦芽糖浓度依赖性电流变化。

蛋白传感器“铰链折叠”机制的通用性

为了更好地解释他们“铰链折叠”机制的通用性，科研人员又应用与葡萄糖及谷酰胺产生特异反应的其他蛋白质研制出了另外的生物电传感器。此外，为充分说明他们开发的这一检测系统的适应性，他们从根本上又重新设计了麦芽糖结合活性部位以便使其与锌探测器结合。

最后为了证实他们开发的生物传感器探测特定物质的独立性，他们演示了利用其生物电传感器特异性测定啤酒中麦芽糖浓度及人血浆中血糖浓度的试验过程。

蛋白传感器前景展望

Hellinga先生对该系统的应用前景充满了信心，他坚信已开展的真实的具体实践，已经充分证实了该系统无与伦比的高效性及特异性。