给大家分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的研究进展，题为：Proton Transport Across Collagen Fibrils and Scaffolds: The Role of Hydroxyproline。该工作的通讯作者是来自以色列理工学院的Nadav Amdursky。
胶原蛋白是人体结缔组织和细胞外基质的关键成分，是人体内含量最丰富的蛋白质。 I型胶原蛋白占所有胶原蛋白的70%，一级序列富含脯氨酸(Pro)、甘氨酸(Gly)和羟脯氨酸（Hyp）。胶原蛋白也是制造各种类型组织工程支架最常用的蛋白质之一，针对导电性组织工程支架的研究很多都是使用电导性支架，以质子作为支架中的电荷载体的研究尚未深入。基于蛋白质的支架一般具有不同水平的质子转运(PT)效率，支持PT的生物支架需要可质子化侧链，胶原蛋白中的Hyp则可以自然地形成氢键。 作者使用胶原蛋白的天然纤维结构和两种不同的支架结构:一种是基于胶原原纤维之间的自偶联，另一种是使用外部交联剂。他们首先对Hyp的羟基进行甲磺酸化，然后将其还原为Pro。他们发现反应的每一步都对PT效率有重大影响，第一步之后PT显著增强，第二步之后，与初始状态相比PT又显著降低。因此，他们提出了胶原蛋白中Hyp具有一种新的生物学作用，即有效地介导质子。 首先，作者制备了三种胶原蛋白水凝胶，第一种由天然胶原原纤维通过非共价相互作用自组装得到；第二种基于胶原原纤维之间的自偶联而不添加交联剂，使用常见的1-乙基-3 -(3 -(二甲胺基)丙基)碳化二亚胺（EDC)、羟基苯并三唑（HOBt）和N,N-二异丙基乙胺（DIPEA）偶联羧酸和氨基；第三种使用戊二醛（GA）作为外交联剂，通过缩醛和亚胺形成在胶原中的羟基或氨基之间交联。（图1）扫描电镜（SEM）显示，自组装的原纤维样品形成纤维状多孔网络，共价交联的样品都具有致密的无孔表面。（图2） 随后，作者对Hyp残基的-OH基团进行聚合后修饰两步化学反应，将Hyp还原回Pro。第一步使用甲磺酰氯激活Hyp的-OH基团，将甲磺酰部分连接到羟基上；第二步使用温和的还原剂来切割甲磺酸酯，从而得到Pro。（图3） 作者通过x射线光电子能谱(XPS) 量化整个过程中氮与硫(N/S)原子比的变化，估计发生反应的残基数量，同时使用埃利希试剂(对二甲氨基苯甲醛- DMAB)定量胶原蛋白中Hyp，发现反应后不同材料的Hyp含量降低水平存在很大差异，自组装纤维材料的Hyp含量降低了64%，而共价EDC自偶联和GA交联材料的Hyp含量分别仅降低了40%和25%。（表1、表2）表1. 不同胶原蛋白水凝胶的XPS测量计算N/S比 接着作者施加电场进行电阻抗测量跟踪胶原蛋白水凝胶的质子转运，通过将结果拟合到等效电路模型来确定水凝胶的电阻，并总结计算其电导率。他们发现GA交联样品具有较低的质子电导率，验证了Hyp在促进质子转运中的作用。甲磺酰基的修饰使不同的胶原蛋白水凝胶的导电性都有所增加，可能是甲磺酰基氧上的孤对电子可以促进氢键的形成，促进生物材料之间的质子转运。然而，也不能排除甲磺酰基的修饰局部破坏胶原三螺旋结构的可能性，从而暴露出有助于质子传导的N−H和C=O基团。反应后所有样品的电导率都较低，这表明Hyp在沿胶原结构介导质子方面的重要性，并进一步表明Hyp参与了PT过程。（图4、表3） 综上，作者验证了Hyp在胶原蛋白促进PT能力中的作用，通过相对简单和直接的聚合后化学修饰，在大范围的质子电导率下调整胶原蛋白的PT效率。这种不添加外源物质，通过靶向质子转运来调节胶原蛋白的电学性质的方法或许有助于胶原蛋白发挥信号转导等相关的生化功能。DOI: 10.1021/acs.biomac.3c00326Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.3c00326
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