我国学者在单分子精准测量与合成方面取得进展

　　

图 (a)单分子化学修饰反应路径的实时原位测量；(b) 异聚体蛋白质纳米孔道的结构表征；
(c) 多肽对映异构体及非对应异构体的单分子识别

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22334006、22090054、22033004）等资助下，南京大学化学化工学院应佚伦教授团队提出纳米孔道单分子电化学“Synthesis by Sensing”（边合成边测量）新策略，精准可控地制备成异聚体蛋白质孔道。利用这种非对称的纳米孔道实现了单个多肽对映异构体及非对映异构体的精准识别。研究成果以“立体和区域结构明确的异聚体纳米孔道合成及单分子传感 (Single-Molecule Sensing inside Stereo- and Regio-Defined Hetero-Nanopores)”为题，于2024年8月20日发表在《自然?纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01721-2。

　　设计制备高时空分辨的蛋白质纳米孔道对实现生物大分子单分子分析与测序至关重要。为提高现有蛋白质纳米孔道传感器的空间分辨能力，关键策略是构建区域可控的异聚体蛋白质孔道，使其异源亚基特定排列，从而实现高灵敏立体识别。然而设计制备化学计量比、区域选择性和立体构象可控的异聚体纳米孔道是该领域亟待突破的瓶颈。

　　针对这一挑战，上述团队提出了“边合成边测量”的异聚体蛋白质纳米孔道制备新策略，突破了传统的“蛋白质异源单体混合后再组装”构建思路。通过运用高时间分辨的纳米孔道电化学单分子测量技术，他们在同源单体组成的蛋白质反应型纳米孔道内，实时跟踪了每一个修饰基团的共价反应进程，原位监测了异聚体蛋白质纳米孔道的合成过程，并成功识别出具有相同修饰基团数量的位置异构体。结合外电场智能调控技术，操控了每一步共价修饰反应进程，在单分子水平上精准合成了化学计量比、区域及亚基立体构象可控的异聚体蛋白质纳米孔道。研究人员进一步利用纳米孔道单分子化学反应测量技术获得的反应路径信息，指导并实现了异聚体蛋白质纳米孔道的规模化制备，首次获得纳米孔道单分子反应产物的冷冻电镜直接证据，解析了孔道内部异源亚基的高分辨结构。通过纳米孔道单分子电化学测量和全原子分子动力学模拟，研究人员证明了该异聚体蛋白质纳米孔道内可形成横向非对称亲疏水立体识别域，在单分子水平上精准识别与定量测量系列多肽的对映异构体和非对应异构体，识别精度大于95%。