CN109994163A - 一种模拟天然聚合体的设计模型 - Google Patents
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Abstract
一种模拟天然聚合体的设计模型，该模型主要包括：具有一定强度和刚性的球体；所述球体是规则球形或不规则球形，所述球体的尺寸粒径为100nm‑5000nm；具有锚定功能的复合体；所述复合体由三部分构成：A.结合在所述球体上的起到锚定作用的锚定结构；B.链接体；C.需要形成天然聚合体的单体。本发明在应用于蛋白质类聚合体方面，可以现有技术存在的问题，实现在体外人工模拟指定单体的聚合体结构，并且可以调节聚合体中单体的数量(即聚合度)，并在一定程度上控制单体在形成聚合体时的空间排列位置。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域，具体地，涉及一种模拟天然聚合体的设计模型。
背景技术
很多蛋白质类生物大分子的存在形式不仅仅是单体，而且有很多种类的聚合体，例如：二聚体、三聚体、六聚体、多聚体等，而且有些单体能够形成多种重复数量的聚合体。
从功能上看，有些单体和聚合体之间的功能差异并不显著，而有些，则十分明显。
从构成方式上看，聚合体的形成方式也各不相同，有些是通过疏水作用聚集而成，而有些是通过单体间形成共价键构成。后者，在体外研究时，因聚合体中单体数量的不确定或多变，通过传统的方法(设计串联碱基序列，构建载体，由宿主表达)人工合成的聚合体蛋白分子有几点不足：1、单体蛋白串联时的连接点(单体间形成共价键的位置)可能和天然蛋白不一致；2、对于球形蛋白还好实现，但是对于由纺锤型、锤形、哑铃型或者柱状单体并排排列而成的聚合体来说，很难实现。因为以上两点情况，即使用传统方法合成出了目标聚合体，也很有可能因为结构上差异、连接位点上的差异和蛋白加工后修饰上的差异等引起与天然结构的不一致，致使功能缺陷，对后续研究结果产生影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种模拟天然聚合体的设计模型。本发明在应用于蛋白质类聚合体方面，可以解决上述问题，实现在体外人工模拟指定单体的聚合体结构，并且可以调节聚合体中单体的数量(即聚合度)，并在一定程度上控制单体在形成聚合体时的空间排列位置。但本发明并不局限的应用在蛋白质类物质的聚合体构成方面，也可以应用于其他类物质构成聚合体的人工模拟中。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种模拟天然聚合体的设计模型，该模型主要包括：
具有一定强度和刚性的球体；所述球体是规则球形或不规则球形，所述球体的尺寸粒径为100nm-5000nm；
具有锚定功能的复合体；所述复合体由三部分构成：
A.结合在所述球体上的起到锚定作用的锚定结构，所述锚定结构与所述球体通过疏水作用或者是共价键作用进行结合，所述锚定结构的尺寸远小于所述球体的的尺寸，所述锚定结构包括至少三个羟基或羰基或醚基；
B.链接体，所述链接体的一端以共价键的形式连接在所述锚定结构上，另一端同样以共价键的形式连接在需要聚集成天然聚合体的单体上；所述链接体衍生自多肽或碳水化合物或多元醇的接头；
优选地，糖蛋白的碳水化合物部分可以是所述接头并且可以直接键合到所述单体上。
C.需要形成天然聚合体的单体；所述单体包含具有侧链保护的醛或内酯官能团的糖连接基团或蛋白质，所述单体与所述链接体形成共价键的位点需要根据具体情况具体分析，原则是，一，尽量不影响单体的结构和功能，二，尽量不影响聚合后聚合体的结构和功能。需要注意的是，根据位点的不同，整个复合体可以在一定程度上调节单体聚合时的空间排列位置。
优选地，所述球体是呈现疏水性质的有机高聚物，例如PLA、PLGA、PHA、PBAT、PLLA等的一种或几种，但不限于所述这些。
优选地，所述球体也可替代为不具有疏水性质的，材质是有机或无机分子。
在上述任一方案中优选的是，所述链接体在空间结构中呈现出具有柔性和空间长度的线型。
在上述任一方案中优选的是，所述链接体可以通过处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖盐酸盐来制备，或者通过在0℃下用1mol当量的甲基丙烯酰氯和1mol当量的甲醇钠处理3-氨基-3-脱氧-D-葡萄糖来制备，或者通过用11mol当量的甲基丙烯酰氯和11mol当量的碱处理3-氨基-3-脱氧-1,2：5,6-二-O-异亚丙基-D-呋喃葡萄糖来制备，或者通过己糖激酶处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，然后在20-23℃下用等当量的甲基丙烯酰氯和2当量的甲醇钠在甲醇中处理来制备,或者通过基因工程菌表达的方法制备，或者通过人工合成多肽及蛋白质的方法制备。
在上述任一方案中优选的是，所述链接体通过酯、酰胺、醚、硫醚、硫酯、肽或碳-碳键共价键合到所述锚定结构或所述单体上。
在上述任一方案中优选的是，所述锚定结构是糖基团、多肽或蛋白质及其衍生的碳-氮骨架，所述糖基团包括单糖残基、二糖或三糖；包含羟基的所述锚定结构包括63-65个碳原子。
在上述任一方案中优选的是，所述复合体通过至少一个共价键与所述球体结合，且沿所述球体的多个点共价键合；或者所述复合体通过疏水作用与所述球体结合。
在上述任一方案中优选的是，当所述锚定结构是水溶性时，使用过硫酸铵或2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)盐酸盐在水中进行聚合。
在上述任一方案中优选的是，所述设计模型的天然聚合体的分子量很宽，范围为10000-100,000,000。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.本发明的模拟天然聚合体的设计模型的球体和复合体结合(疏水作用或者是共价键结合)后，该模型即发挥作用，可以实现人工模拟单体聚合而成聚合体。
2.本发明通过控制球体和复合体之间的比例，即可调控复合体在球体上的聚集度(聚合度)，从而模拟不同聚合度的聚合体结构。
3.本发明相对于传统的天然聚合体模拟型式，得到的聚合体容易设计和制备，显示了良好的应用前景。
附图说明
图1是根据本发明的模拟天然聚合体的设计模型的合成示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
参见图1，一种模拟天然聚合体的设计模型，该模型主要包括：
具有一定强度和刚性的球体1；所述球体1是规则球形或不规则球形，所述球体1的尺寸粒径为100nm-5000nm；
具有锚定功能的复合体2；所述复合体2由三部分构成：
A.结合在所述球体1上的起到锚定作用的锚定结构3，所述锚定结构3与所述球体1通过疏水作用或者是共价键作用进行结合，所述锚定结构3的尺寸远小于所述球体1的尺寸，所述锚定结构3包括至少三个羟基或羰基或醚基；
B.链接体4，所述链接体4的一端以共价键的形式连接在所述锚定结构3上，另一端同样以共价键的形式连接在需要聚集成天然聚合体的单体5上；所述链接体4衍生自多肽或碳水化合物或多元醇的接头，糖蛋白的碳水化合物部分可以是所述接头并且可以直接键合到所述单体5上；
C.需要形成天然聚合体的单体5；所述单体5包含具有侧链保护的醛或内酯官能团的糖连接基团或蛋白质，所述单体5与所述链接体4形成共价键的位点需要根据具体情况具体分析，原则是，一，尽量不影响单体的结构和功能，二，尽量不影响聚合后聚合体的结构和功能。需要注意的是，根据位点的不同，整个复合体2可以在一定程度上调节单体5聚合时的空间排列位置。
所述球体1是呈现疏水性质的有机高聚物，例如PLA、PLGA、PHA、PBAT、PLLA等的一种或几种，但不限于所述这些。
所述球体1也可替代为不具有疏水性质的，材质是有机或无机分子。
所述链接体4在空间结构中呈现出具有柔性和空间长度的线型。
所述链接体4可以通过处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖盐酸盐来制备，或者通过在0℃下用1mol当量的甲基丙烯酰氯和1mol当量的甲醇钠处理3-氨基-3-脱氧-D-葡萄糖来制备，或者通过用11mol当量的甲基丙烯酰氯和11mol当量的碱处理3-氨基-3-脱氧-1,2：5,6-二-O-异亚丙基-D-呋喃葡萄糖来制备，或者通过己糖激酶处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，然后在20-23℃下用等当量的甲基丙烯酰氯和2当量的甲醇钠在甲醇中处理来制备,或者通过基因工程菌表达的方法制备，或者通过人工合成多肽及蛋白质的方法制备。
所述链接体4通过酯、酰胺、醚、硫醚、硫酯、肽或碳-碳键共价键合到所述锚定结构3或所述单体5上。
所述锚定结构3是糖基团、多肽或蛋白质及其衍生的碳-氮骨架，所述糖基团包括单糖残基、二糖或三糖；包含羟基的所述锚定结构3包括63-65个碳原子。
所述复合体2通过至少一个共价键与所述球体1结合，且沿所述球体1的多个点共价键合；或者所述复合体2通过疏水作用与所述球体1结合。
当所述锚定结构3是水溶性时，使用过硫酸铵或2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)盐酸盐在水中进行聚合。
所述设计模型的天然聚合体的分子量很宽，范围为10000-100,000,000。
实施例2
参见图1，一种模拟天然聚合体的设计模型，该模型主要包括：
具有一定强度和刚性的球体1；所述球体1是规则球形或不规则球形，所述球体1的尺寸粒径为100nm-5000nm；
具有锚定功能的复合体2；所述复合体2由三部分构成：
A.结合在所述球体1上的起到锚定作用的锚定结构3，所述锚定结构3与所述球体1通过疏水作用或者是共价键作用进行结合，所述锚定结构3的尺寸远小于所述球体1的的尺寸，所述锚定结构3包括至少三个羟基或羰基或醚基；
B.链接体4，所述链接体4的一端以共价键的形式连接在所述锚定结构3上，另一端同样以共价键的形式连接在需要聚集成天然聚合体的单体5上；所述链接体4衍生自多肽或碳水化合物或多元醇的接头，糖蛋白的碳水化合物部分可以是所述接头并且可以直接键合到所述单体5上；
C.需要形成天然聚合体的单体5；所述单体5包含具有侧链保护的醛或内酯官能团的糖连接基团或蛋白质，所述单体5与所述链接体4形成共价键的位点需要根据具体情况具体分析，原则是，一，尽量不影响单体的结构和功能，二，尽量不影响聚合后聚合体的结构和功能。需要注意的是，根据位点的不同，整个复合体2可以在一定程度上调节单体5聚合时的空间排列位置。
所述球体1是呈现疏水性质的有机高聚物，例如PLA、PLGA、PHA、PBAT、PLLA等的一种或几种，但不限于所述这些。
所述球体1也可替代为不具有疏水性质的，材质是有机或无机分子。
所述链接体4在空间结构中呈现出具有柔性和空间长度的线型。
所述链接体4可以通过处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖盐酸盐来制备，或者通过在0℃下用1mol当量的甲基丙烯酰氯和1mol当量的甲醇钠处理3-氨基-3-脱氧-D-葡萄糖来制备，或者通过用11mol当量的甲基丙烯酰氯和11mol当量的碱处理3-氨基-3-脱氧-1,2：5,6-二-O-异亚丙基-D-呋喃葡萄糖来制备，或者通过己糖激酶处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，然后在20-23℃下用等当量的甲基丙烯酰氯和2当量的甲醇钠在甲醇中处理来制备,或者通过基因工程菌表达的方法制备，或者通过人工合成多肽及蛋白质的方法制备。
所述链接体4通过酯、酰胺、醚、硫醚、硫酯、肽或碳-碳键共价键合到所述锚定结构3或所述单体5上。
所述锚定结构3是糖基团、多肽或蛋白质及其衍生的碳-氮骨架，所述糖基团包括单糖残基、二糖或三糖；包含羟基的所述锚定结构3包括63-65个碳原子。
所述复合体2通过至少一个共价键与所述球体1结合，且沿所述球体1的多个点共价键合；或者所述复合体2通过疏水作用与所述球体1结合。
当所述锚定结构3是水溶性时，使用过硫酸铵或2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)盐酸盐在水中进行聚合。
所述设计模型的天然聚合体的分子量很宽，范围为10000-100,000,000。
此外，为增强效果，所述复合体可具有疏水性能，所述复合体的制备方法包括以下步骤：用能使一个或多个亲水性氨基酸残基转变为疏水性残基的试剂与水溶性活性蛋白发生反应，其中所述蛋白活性位点是通过以下方式保护的：在不同类的相或者同类的不同极性混合溶剂中进行疏水化反应。所述反应是在固/液体系或者液/液体系中进行的。将所述水溶性活性蛋白通过它的非活性位点固定在亲和矩阵球体上；以所述试剂与所述固定的蛋白进行反应；从所述矩阵球体上洗脱得到所述疏水化的活性蛋白。将所述水溶性活性蛋白溶解在水溶液中；将所述试剂溶解在低极性溶剂中，至少部分地可与水混合；制备一种极性/低极性的均匀混合物；由此使所述蛋白与所述试剂发生反应；回收所述的疏水化的活性蛋白。该制备方法消除或者最小化了预期的活性损失。
另外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。
由上述实施例可知，本发明的模拟天然聚合体的设计模型的球体和复合体结合(疏水作用或者是共价键结合)后，该模型即发挥作用，可以实现人工模拟单体聚合而成聚合体。
本发明通过控制球体和复合体之间的比例，即可调控复合体在球体上的聚集度(聚合度)，从而模拟不同聚合度的聚合体结构。
本发明相对于传统的天然聚合体模拟型式，得到的聚合体容易设计和制备，显示了良好的应用前景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，该模型主要包括：
具有一定强度和刚性的球体(1)；所述球体(1)是规则球形或不规则球形，所述球体(1)的尺寸粒径为100nm-5000nm；
具有锚定功能的复合体(2)；所述复合体(2)由三部分构成：
A.结合在所述球体(1)上的起到锚定作用的锚定结构(3)，所述锚定结构(3)与所述球体(1)通过疏水作用或者是共价键作用进行结合，所述锚定结构(3)的尺寸远小于所述球体(1)的尺寸，所述锚定结构(3)包括至少三个羟基或羰基或醚基；
B.链接体(4)，所述链接体(4)的一端以共价键的形式连接在所述锚定结构(3)上，另一端同样以共价键的形式连接在需要聚集成天然聚合体的单体(5)上；所述链接体(4)衍生自多肽或碳水化合物或多元醇的接头；
C.需要形成天然聚合体的单体(5)；所述单体(5)包含具有侧链保护的醛或内酯官能团的糖连接基团或蛋白质，根据所述单体(5)与所述链接体(4)形成共价键的位点的不同，整个复合体(2)可以调节单体(5)聚合时的空间排列位置。
2.根据权利要求1所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述球体(1)是呈现疏水性质的有机高聚物。
3.根据权利要求1所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述球体(1)不具有疏水性质，材质是有机或无机分子。
4.根据权利要求3所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述链接体(4)在空间结构中呈现出具有柔性和空间长度的线型。
5.根据权利要求1-4所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述链接体(4)可以通过处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖盐酸盐来制备，或者通过在0℃下用1mol当量的甲基丙烯酰氯和1mol当量的甲醇钠处理3-氨基-3-脱氧-D-葡萄糖来制备，或者通过用11mol当量的甲基丙烯酰氯和11mol当量的碱处理3-氨基-3-脱氧-1,2：5,6-二-O-异亚丙基-D-呋喃葡萄糖来制备，或者通过己糖激酶处理2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，然后在20-23℃下用等当量的甲基丙烯酰氯和2当量的甲醇钠在甲醇中处理来制备,或者通过基因工程菌表达的方法制备，或者通过人工合成多肽及蛋白质的方法制备。
6.根据权利要求5所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述链接体(4)通过酯、酰胺、醚、硫醚、硫酯、肽或碳-碳键共价键合到所述锚定结构(3)或所述单体(5)上。
7.根据权利要求1-6所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述锚定结构(3)是糖基团、多肽或蛋白质及其衍生的碳-氮骨架，所述糖基团包括单糖残基、二糖或三糖；包含羟基的所述锚定结构(3)包括63-65个碳原子。
8.根据权利要求1-7所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述复合体(2)通过至少一个共价键与所述球体(1)结合，且沿所述球体(1)的多个点共价键合；或者所述复合体(2)通过疏水作用与所述球体(1)结合。
9.根据权利要求1-8所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，当所述锚定结构(3)是水溶性时，使用过硫酸铵或2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)盐酸盐在水中进行聚合。
10.根据权利要求9所述的模拟天然聚合体的设计模型，其特征在于，所述设计模型的天然聚合体的分子量很宽，范围为10000-100,000,000。
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| CN201910220007.7A CN109994163A (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 一种模拟天然聚合体的设计模型 |
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- 2019-03-22 CN CN201910220007.7A patent/CN109994163A/zh active Pending
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