《中國食品學(xué)報》2024年第24卷第4期青年論壇專(zhuān)刊刊載了江南大學(xué)李煦源，陳正行，王濤的文章《食品蛋白增維結構精密構筑研究進(jìn)展》。
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目、江蘇省優(yōu)秀青年基金項目
引用信息：李煦源,陳正行,王濤.食品蛋白增維結構精密構筑研究進(jìn)展[J].中國食品學(xué)報,2024,24(4): 420-430.
具有優(yōu)良性能的天然材料不計其數，各類(lèi)材料的精細結構和構筑機制也不盡相同，然而其底層結構的設計邏輯卻是一致的：即短程有序性單元結構在多維空間限域堆積，進(jìn)而形成的長(cháng)程可控性高級結構。將符合上述制造邏輯的材料結構統稱(chēng)為增維結構，其特征為各單元結構定向排布且在尺度、維度上均具高度可編程性。鑒于動(dòng)態(tài)化設計邏輯及標準化構筑機制，這種基于類(lèi)似單元結構所形成的空間多樣化高級組織架構在功能食品開(kāi)發(fā)中具有重要的應用。
鑒于分子內、分子間復雜的交互作用，蛋白質(zhì)是增維結構構筑的物質(zhì)基礎。天然蛋白質(zhì)雖然具有和工程化蛋白質(zhì)相同的組成成分，但其基本構成與相互作用更為復雜，其自身折疊也難以進(jìn)行過(guò)程控制。這種較低的結構可控性也是其進(jìn)行增維制造的癥結所在。由于缺乏對于蛋白質(zhì)折疊過(guò)程的有效控制，現有的食品蛋白結構設計面臨著(zhù)精度低、可控性差等難題。針對有限的食品蛋白質(zhì)資源，精準設計其空間多維結構是實(shí)現動(dòng)植物蛋白質(zhì)功能化和標準化改造的關(guān)鍵。
蛋白結構的折疊過(guò)程主要受氨基酸編碼序列決定，但鑒于Levinthal佯謬，任一組成蛋白結構的氨基酸序列，理論上具有高達10300種的可能構型，卻在實(shí)際環(huán)境中僅通過(guò)ns或ps即可形成某一特定構型。這種環(huán)境專(zhuān)一性結構則限制了蛋白結構的拓撲多樣性，并導致大部分動(dòng)植物蛋白在食品體系中的結構-功能特性都單一。而蛋白結構折疊的瞬發(fā)性無(wú)疑又增加了食品蛋白改造中結構標準化和功能定制化的難度。如何在動(dòng)態(tài)的供需環(huán)境下整合食品蛋白資源，優(yōu)化其結構-功能特性是當今食品蛋白發(fā)展的當務(wù)之急。
蛋白結構在折疊過(guò)程中，為了盡可能減少熱力學(xué)不利情況（如反溶劑效應）的發(fā)生，通常將疏水性區域埋藏而將親水性區域暴露。此過(guò)程也是蛋白質(zhì)在特定環(huán)境下具有單一性結構的本質(zhì)原因。分子伴侶法是一項古老的蛋白錯折疊（Misfolding）糾正術(shù)，其原理在于增韌蛋白鏈，以規避其在不良溶劑化環(huán)境中誤形成β樣結構。受此啟發(fā)，通過(guò)引入外源大/小分子扮演分子伴侶角色，以此對蛋白鏈的折疊行為進(jìn)行過(guò)程控制，即蛋白質(zhì)共架技術(shù)，從而規避其在特定溶劑環(huán)境中的單一性結構，有望對由限制性折疊終端所構建的單元結構進(jìn)行短程有序性調控，并最終實(shí)現長(cháng)程可控性增維結構的定制化設計。
基于此，文章受天然增維結構的啟發(fā)，同時(shí)借鑒已有人工增維過(guò)程的研究進(jìn)展，闡述基于蛋白共架技術(shù)的增維設計邏輯，重點(diǎn)從介觀(guān)重構、納米雕刻及增維定制3個(gè)方面論述了目前已有增維結構的典型構筑機制。通過(guò)調控單元結構的短程有序性，定向開(kāi)發(fā)具有長(cháng)程可控性的增維結構，具體包括3個(gè)方面：1）基于解構-重構-變構的0D點(diǎn)狀、2D面狀及3D網(wǎng)狀多維結構精密構筑；2）基于致缺-成簇-腔化（柯肯達爾效應）的中空、半中空及實(shí)心納米顆粒結構精密構筑；3）基于1D-2D-3D增維定制的1D球鏈、2D雙層及3D類(lèi)皮膚（皮層、真皮層）結構精密構筑。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=l4t8J_Kk_A_Jc17UGAQqIWsw7NXHBt5L_3_MXfqE42hOfv8mHuF8ic_V50qvMxSgLgPhpPvbgrlUD90PUkoUC2I1BGEdgkbHaIXLcSw-hf9KZoTLM08vtA==&uniplatform=NZKPT
