肽适体修饰纳米孔道对L⁃精氨酸的灵敏检测

doi:10.7503/cjcu20220758

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 20220758.doi: 10.7503/cjcu20220758

肽适体修饰纳米孔道对L⁃精氨酸的灵敏检测

曹忠¹, 郭佩弦¹, 薛书蕾¹, 肖忠良¹, 谭淑琪¹, 亢璇¹, 冯泽猛², 印遇龙², 马天骥¹()

^1.长沙理工大学化学化工学院, 电力与交通材料保护湖南省重点实验室, 细胞化学湖南省重点实验室, 长沙 410114
^2.中国科学院亚热带农业生态研究所, 长沙 410125

收稿日期:2022-12-13 出版日期:2023-06-10 发布日期:2023-02-14
通讯作者: 马天骥 E-mail:mtjbj2008@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(22204007);湖南省教育厅科学研究项目(21A0182)

Sensitive Detection of L⁃Arginine Using Peptide Aptamer Functionalized Nanochannel

CAO Zhong¹, GUO Peixian¹, XUE Shulei¹, XIAO Zhongliang¹, TAN Shuqi¹, KANG Xuan¹, FENG Zemeng², YIN Yulong², MA Tianji¹()

^1.Hunan Provincial Key Laboratory of Materials Protection for Electric Power and Transportation，Hunan Provincial Key Laboratory of Cytochemistry，School of Chemistry and Chemical Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China
^2.Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Changsha 410125，China

Received:2022-12-13 Online:2023-06-10 Published:2023-02-14
Contact: MA Tianji E-mail:mtjbj2008@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22204007);the Scientific Research Fund of Hunan Provincial Education Department, China(21A0182)

1. ESM to 20220758.pdf(395KB)

摘要/Abstract

摘要：

氨基酸是生命之源, 其中L⁃精氨酸(L⁃Arg)是生物体进行新陈代谢的一种重要氨基酸, 同时也是重要的肿瘤标志物之一. 因此，开发高选择性的L⁃Arg检测方法在生物分析领域十分重要. 本文在Uniprot数据库29185个蛋白质序列中筛选出特异性结合L⁃Arg的多肽序列(序列为 CFGHIHEGY), 经ITC验证后, 将其作为识别元件固定在子弹形纳米孔道尖端表面. 在纳米空间限域效应下, 利用多肽与L⁃Arg特异性结合前后构象由伸展状态向蜷缩状态的变化, 调控纳米孔道离子输运特性变化, 从而实现对L⁃Arg的选择性检测. 实验结果表明, 多肽修饰纳米孔道对L⁃Arg具有高灵敏度和高选择性, 线性范围为1~100 nmol/L, 检出限低至1 nmol/L. 该研究为氨基酸高选择性、高灵敏检测提供了新方法, 同时也为多肽修饰仿生离子通道的构建提供了新思路.

关键词: 纳米孔道, 离子通道, 纳米空间限域效应, 多肽, L?精氨酸检测

Abstract:

Amino acids are the source of life， in which L⁃arginine（L⁃Arg） is not only an important amino acid for metabolism in organisms， but also one of the important tumor markers. It is very important to develop highly selective methods for the detection of L⁃Arg in the field of bioanalysis. The polypeptide sequence specifically binding to L⁃Arg （sequence CFGHIHEGY） was screened from 29185 protein sequences in Uniprot database and was immobilized on the tip surface of bullet shaped nanochannel as a recognition element. Under the nanoconfined effect， the conformational change from extended state to curled state before and after the specific binding of peptides to L⁃Arg was used to control the effective pore size of nanochannel， resulting in the change of nanopore conductivity， which realize the selective detection of L⁃Arg. The experimental results show that the polypeptide modified nanochannel has high sensitivity and selectivity for L⁃Arg， the linear range is 1—100 nmol/L， and the limit of detection is as low as 1 nmol/L. This research provides a new method for sensible and highly selective amino acid sensing and also provides a new idea for designing peptide functionalized bio-inspired ionic channel.

Key words: Nanopore, Ionic channel, Nanoconfined effect, Peptide aptamer, Detection of L?arginine

中图分类号:

O657

TrendMD:

曹忠, 郭佩弦, 薛书蕾, 肖忠良, 谭淑琪, 亢璇, 冯泽猛, 印遇龙, 马天骥. 肽适体修饰纳米孔道对L⁃精氨酸的灵敏检测. 高等学校化学学报, 2023, 44(6): 20220758.

CAO Zhong, GUO Peixian, XUE Shulei, XIAO Zhongliang, TAN Shuqi, KANG Xuan, FENG Zemeng, YIN Yulong, MA Tianji. Sensitive Detection of L⁃Arginine Using Peptide Aptamer Functionalized Nanochannel. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20220758.

图/表 5

Fig.1 SEM images of bullet⁃shape nanochannel(A) and the XPS survey spectra of the nanochannel before(a) and after(b) peptide functionalization(B)

Fig.2 I⁃V curves of bullet⁃shape nanochannel before and after polypeptide modification and with 1 μmol/L L⁃Arg(A), the histogram of its conductivity(B), I⁃V curves of raw bullet⁃shape nanochannel in electrolyte solution and with 1 μmol/L L⁃Arg(C), and the histogram of its conductivity(D)

Fig.3 Change of electrical conductivity of peptide aptamer modified nanopores after adding different concentrations of L⁃Arg(A) and the linear relationship between conductivity and L⁃Arg concentration(B)

Fig.4 Effect of different amino acids on the conductivity of peptide modified nanochannel(A), and anti⁃interference of peptide modified nanopore on different amino acids(B)（A） a.Control， b.L-Arg， c.L-Ala， d.L-Phe， e.L-Cys， f.L-Lys， g.L-Trp， h.L-Tyr， i.L-Ser， j.L-Thr， k.L-Asp， l.L-His， m.Asn， n.L-Gly， o.L-Glu， p.L-Gln， q.L-Ile， r.L-Pro， s.L-Hcy；（B） a.control， b.L-Arg， c.L-Arg+L-Ala， d.L-Arg+L-Phe， e.L-Arg+L-Cys， f.L-Arg+L-Lys， g.L-Arg+L-Trp， h.L-Arg+L-Tyr， i.L-Arg+L-Ser， j.L-Arg+L-Thr， k.L-Arg+L-Asp， l.L-Arg+L-His， m.L-Arg+L-Asn， n.L-Arg+L-Gly， o.L-Arg+ L-Glu， p.L-Arg+L-Gln， q.L-Arg+L-Ile， r.L-Arg+L-Pro， s.L-Arg+L-Hcy， t.17 AA without L-Arg.

Fig.5 Conductivity change chart of peptide modified nanochannel three repetition testsa.PET⁃Pep; b.PET⁃Pep⁃L⁃Arg; c.PET⁃Pep; d.PET⁃Pep⁃L⁃Arg; e.PET⁃Pep; f.PET⁃Pep⁃L⁃Arg.

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肽适体修饰纳米孔道对L⁃精氨酸的灵敏检测

Sensitive Detection of L⁃Arginine Using Peptide Aptamer Functionalized Nanochannel

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