水分子插入腔隙对蛋白质质子传导及晶体稳定性的影响研究

《Results in Chemistry》：Proton conduction in Gly-ala: Contribution of the methyl group

　　

摘要

生物来源的材料在自然界中 abundantly 存在，价格低廉且对环境的影响小。近年来，人们发现胶原蛋白这种蛋白质具有质子传导能力，可以用作燃料电池的电解质，其质子传导是通过蛋白质的水合结构实现的。然而，目前尚未有关于质子传导所需的水分子插入腔隙（即水合口袋）的必要性的研究，也没有关于水分子插入对膜稳定性的影响的报道。因此，在本研究中，我们使用了两种构成蛋白质的简单二肽（甘氨酸-L-甘氨酸（Gly-Gly）和甘氨酸-L-丙氨酸（Gly-Ala））来探讨水合口袋的必要性以及晶体的稳定性。需要注意的是，由于丙氨酸（Ala）侧链上的甲基基团，Gly-Ala 的晶体空间会发生变化。研究结果表明，这两种晶体在水合后依然保持稳定。此外，虽然 Gly-Gly 在水合后没有表现出明显的质子传导现象，但 Gly-Ala 晶体在水合后却明显出现了质子传导。进一步通过 X 射线衍射测量和结构分析发现，在 Gly-Ala 中，水分子插入的腔隙因侧链上甲基基团的作用而扩大。这些发现表明，丙氨酸侧链上的甲基基团为晶体内部氢键网络的形成提供了额外的空间，从而增强了质子传导性。这说明水合口袋的形成对于蛋白质中的质子传导至关重要。

Hitoki Semizo | Naoko Washio | Yasumitsu Matsuo