孙晓萌

    高分子的生物合成受到许多因素的影响[1-3]，然而实现拓扑结构的精准控制才是大分子研究领域的最大挑战。近年来，研究者通过蛋白质骨架应用、化学交联及基因融合等技术构建了多个蛋白质复合体[4-5]，但是上述组装模块存在许多问题，如引入半胱氨酸残基造成二硫键干扰、蛋白载体局限等。随后在探索和发掘新型模块化组装技术过程中研究者发现基于异肽键的 SpyCatcher-SpyTag 共价偶联系统可以实现蛋白质空间结构的精准控制[6]。构建稳定且具有普适性的异肽键系统在大分子拓扑结构精准控制领域具有重要意义。

    1 异肽键

    肽键是指一分子氨基酸的 α-羧基和另一分子氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键，是蛋白质一级结构的基础。该反应由核糖体催化完成并由 DNA 遗传序列定义。然而，少数蛋白质含有第二类肽键，称为异肽键。它是指蛋白质序列中氨基酸之间至少有一个非 α 位的氨基或羧基参与而形成的不可逆的酰胺键。作为酰胺键，该共价键也具有良好的稳定性且广泛存在于革兰氏阳性菌的菌毛蛋白中[7]。近年来，人们利用异肽键作为分子粘合剂在疫苗合成、细菌纳米生物反应器以及蛋白质水凝胶等领域开展了一系列研究工作。

    人们最早在猪粪分离出的 HK97 噬菌体衣壳蛋白组装过程中发现氨基酸之间可以自发形成异肽键[8]，而后又在化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)菌毛蛋白中再次得以验证[9]。随着研究的不断深入，人们总结出：在目前已知细菌中，异肽键常见于革兰氏阳性菌；异肽键主要存在于两大类成分中——微生物表面成分识别黏附基质分子(microbial surface components recognizing adhesive matrix molecules，MSCRAMMs)和菌毛[10]。在这些 MSCRAMMs 和菌毛中，异肽键不断地自发形成，增强了蛋白质和菌毛的稳定性。

    异肽键的形成可以分为脱氨和脱水两种形式。赖氨酸在谷氨酸催化下亲核攻击天冬酰胺，该过程释放一分子氨并自发形成异肽键[9] ......