旋转分子马达（ATP合酶）组装到血红蛋白微胶囊表面用于ATP合成的示意图

 

    在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，胶体、界面与化学热力学院重点实验室的研究人员在旋转分子马达的分子仿生组装方面取得新进展，研究工作发表在近期出版的Adv. Mater. (2008, 20, 601-605) 上。

 

    细胞生长代谢的整个过程需要能量，绝大多数情况下能量由ATP的高能键水解而获得，而ATP又是通过ATP合酶合成所得到。ATP合酶是线粒体、叶绿体和细菌中能量转化的核心酶，在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。近年来，借助分子马达的生物活性和特殊功能开发生物纳米器件用于信息存储和能量转化，已经成为当前纳米生物技术研究领域的热点。

 

    在前期工作中，该研究组将分子马达组装在聚合物微胶囊表面，用于ATP的生物合成，取得了阶段性成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2007，46，6996；Biochem. Biophys. Res. Comm. 2007，354，357）。利用“层层组装”技术制备了中空聚电解质微胶囊，然后将ATP合酶成功组装到磷脂修饰的聚合物微胶囊上。研究表明组装后的ATP酶保留了其生物功能，通过更换缓冲溶液改变体系的pH值提供跨膜质子动力势，实现了ATP的生物合成。

 

    在上述工作的基础上，研究人员借助共价键作用利用层层组装技术制备了中空血红蛋白微胶囊，然后在蛋白微胶囊上组装了含ATP合酶的脂质体，从而将分子马达组装到血红蛋白微胶囊表面。利用葡萄糖氧化酶对葡萄糖氧化水解产生的质子H+，形成了跨膜质子流，为ATP合酶合成ATP提供质子动力势（质子泵）。研究发现组装在胶囊表面的ATP合酶仍然保留其催化合成功能，能够将ADP和无机磷酸盐合成ATP，并且合成的ATP能存储在中空蛋白胶囊内部，使胶囊成为ATP的载体。这种生物兼容性的仿生体系研究有助于开发与构建新型的纳米生物机器。