[发明专利]包含具有肽的金纳米颗粒的抗冻组合物

说明书

本发明提供了一种纳米结构，所述纳米结构包括：核，所述核包括被配置为与冰晶的至少一个平面处于平面接触的一个或多个平面；以及寡肽，所述寡肽与所述核的至少一个平面缀合并且包括(Thr)_n‑、(Ala)_n‑、(Ser)_n‑或(Gly)_n‑，其中所述纳米结构是以胶体形式存在于水中以控制冷冻的多面体形状的纳米结构，并且n是2至7的整数。

技术领域

本发明涉及一种抗冻组合物，所述抗冻组合物包含附接有肽的金纳米颗粒。

背景技术

抗冻蛋白(AFP)和抗冻糖蛋白(AFGP)(下文统称为“AF(G)P”)在抑制冰晶生长中的作用和能力激发了本发明所属技术领域的技术人员了解并利用其表现出抗冻活性的机制，从而允许本领域技术人员将AF(G)P用于多种转化应用。据信，具有特定序列的规则排列的AF(G)P粘附至冰晶的小平面，并且因此，在锚定AF(G)P的区域之间形成的生长冰晶的微米曲率或纳米曲率使水分子在热力学上更难以结晶。

尽管尚需解决潜在机制的全面合理化，但两个来源可能如下涉及在AF(G)P的冰粘附中。在研究的初始阶段，氢键合被认为是为此目的最普遍的合理化途径。这是直观的解释，因为所有氨基酸都具有羰基和胺基，AF(G)P中的羰基和胺基可与水分子广泛形成氢键。人造冷冻保护剂，如具有一堆羟基的聚(乙烯醇)(PVA)和氧化石墨烯(GO)提供氢键在冰晶抑制方面的重要性的进一步证据。

然而，已发现仅依赖于氢键合的方法在AF(G)P之间是不一致的。(Sonnichsen,F.D.；DeLuca,C.I.；Davies,P.L.；Sykes,B.D.Refined solution structure of type IIIantifreeze protein:hydrophobic groups may be involved in the energetics ofthe protein–ice interaction.Structure 1996,4,1325-1337.；Chao,H.；Houston,M.E.；Hodges,R.S.；Kay,C.M.；Sykes,B.D.；Loewen,M.C.；Davies,P.L.；Sonnichsen,F.D.Adiminished role for hydrogen bonds in antifreeze protein binding toice.1997Biochemistry,36,14652-14660.；Zhang,W.；Laursen,R.A.Structure-functionrelationships in a type I antifreeze polypeptide the role of threonine methyland hydroxyl groups in antifreeze activity.J.Biol.Chem.1998,273,34806-34812.；Haymet,A.D.J.；Ward,L.G.；Harding,M.M.Winter flounder“antifreeze”proteins:synthesis and ice growth inhibition of analogues that probe the relativeimportance of hydrophobic and hydrogen-bondinginteractions.J.Am.Chem.Soc.1999,121,941-948.；Yang,C.；Sharp,K.A.Hydrophobictendency of polar group hydration as a major force in type I antifreezeprotein recognition.Proteins 2005,59,266-274.；Wierzbicki,A.；Dalal,P.；CheathamIII,T.E.；Knickelbein,J.E.；Haymet,A.D.J.；Madura,J.D.Antifreeze proteins at theice/water interface:three calculated discriminating properties fororientation of type I proteins.Biophys.J.2007,93,1442-1451.；Nutt,D.R.；Smith,J.C.Dual function of the hydration layer around an antifreeze proteinrevealed by atomistic molecular dynamics simulations.J.Am.Chem.Soc.2008,130,13066-13073.；Smolin,N.；Daggett,V.Formation of ice-like water structure on thesurface of an antifreeze protein.J.Phys.Chem.B 2008,112,6193-6202.；Mochizuki,K.；Molinero,V.Antifreeze Glycoproteins Bind Reversibly to Ice Via HydrophobicGroups.J.Am.Chem.Soc.2018,140,4803-4811.)。例如，经验证明，当苏氨酸(Thr)与丝氨酸(Ser)的比例较高时，包括Thr和Ser的共寡肽表现出对冰生长的更有效抑制(Chao,H.；Houston,M.E.；Hodges,R.S.；Kay,C.M.；Sykes,B.D.；Loewen,M.C.；Davies,P.L.；Sonnichsen,F.D.A diminished role for hydrogen bonds in antifreeze proteinbinding to ice.1997Biochemistry,36,14652-14660.；Zhang,W.；Laursen,R.A.Structure-function relationships in a type I antifreeze polypeptide therole of threonine methyl and hydroxyl groups in antifreezeactivity.J.Biol.Chem.1998,273,34806-34812.)。从氢键合的观点来看，这是违反直觉的，因为Thr比Ser更疏水。这一结果暗示AF(G)P的疏水性也有助于它们的冰结合，并且由此导致冰生长的抑制。在使用两亲性糖聚合物的研究中，已经证实了亲疏水二元性在抑制冰生长中的这种重要性。除这些经验观察结果之外，最近还进行了用于在理论上支持上述讨论的数值模拟。