合成納米盤(pán)是小圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，由通過(guò)合成聚合物環(huán)結(jié)合在一起的細(xì)胞膜磷脂組成。它們提供了細(xì)胞膜中天然膜蛋白環(huán)境的移動(dòng)，幾乎相同的拷貝。因此，它們規(guī)避了增溶去垢劑的問(wèn)題，使我們能夠穩(wěn)定和分離處于活性狀態(tài)的膜蛋白，以進(jìn)行進(jìn)一步的科學(xué)研究。
有幾種不同的聚合物可用于制造合成納米盤(pán)。每個(gè)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
DIBMA
SMA
AASTY
AMPHIPOL
合成聚合物如何形成膜蛋白的納米盤(pán)？
細(xì)胞膜為我們最重要的蛋白質(zhì)組之一：膜蛋白質(zhì)組提供了環(huán)境。它們分為外周蛋白和整型蛋白，都具有某種疏水性，阻礙了正常條件下的溶解。
問(wèn)題在于，當(dāng)這些疏水區(qū)域與水或其他親水介質(zhì)接觸時(shí)，膜蛋白的3D結(jié)構(gòu)會(huì)崩潰，從而失去其功能。
為了避免這種情況發(fā)生，蛋白質(zhì)科學(xué)家傳統(tǒng)上使用洗滌劑來(lái)掩蓋膜蛋白質(zhì)的脆弱部分。但是基于洗滌劑的方法也有其自身的一系列問(wèn)題，例如耗時(shí)的篩選過(guò)程或3D結(jié)構(gòu)干擾。
然而，合成聚合物能夠從其單體中形成聚合物鏈，插入到所需膜蛋白周?chē)募?xì)胞膜中（參見(jiàn) 無(wú)花果。2，頂部的紅色線）。就像餅干切割機(jī)一樣，膜蛋白從膜中溶解，聚合物使膜蛋白在新形成的納米盤(pán)中保持穩(wěn)定。
相應(yīng)的親和色譜步驟可以精確分離穩(wěn)定的目標(biāo)蛋白并進(jìn)行進(jìn)一步的科學(xué)分析。
DIBMA :DIBMA是二異丁烯-馬來(lái)酸的縮寫(xiě)。它形成的合成納米盤(pán)被稱(chēng)為“DIBMA-脂質(zhì)-顆粒"，簡(jiǎn)稱(chēng)DIBMALP。它與此處介紹的所有其他聚合物共享相同的協(xié)議。
為什么要選擇DIBMA？
DIBMA比SMA和AASTY有一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。通過(guò)比較圖4和圖7可以看出，DIBMA缺少其他兩種聚合物具有的芳香環(huán)。這有很大的意義。
與SMA和AASTY相比，DIBMA不吸收波長(zhǎng)為280nm的光。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)也用于通過(guò)吸光度測(cè)量進(jìn)行蛋白質(zhì)定量。SMA和AASTY納米盤(pán)不能用于此目的，因?yàn)樗鼈兊姆枷悱h(huán)會(huì)扭曲蛋白質(zhì)定量的測(cè)量結(jié)果。
為什么不應(yīng)該使用DIBMA？
對(duì)DIBMA的最大反駁是，與SMA和AASTY相比，它的溶解率可能更低。這意味著（平均）DIBMA納米盤(pán) - 也稱(chēng)為DIBMALP - 導(dǎo)致比其他合成聚合物更少的穩(wěn)定膜蛋白。
但是，這只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則。與其他聚合物相比，一些蛋白質(zhì)確實(shí)以更高的速率溶解DIBMA。另一個(gè)原因 篩分 將永遠(yuǎn)保持重要。
DIBMA與洗滌劑的比較
長(zhǎng)期以來(lái)，膜蛋白背后的科學(xué)依賴(lài)于去垢劑進(jìn)行增溶和穩(wěn)定。然而，DDM或LMNG等洗滌劑也存在一系列問(wèn)題。可以避免對(duì)正確洗滌劑進(jìn)行耗時(shí)的篩選過(guò)程，并且需要不斷將其添加到所有緩沖液中。但這適用于所有合成納米盤(pán)。
圖5顯示了使用DDM洗滌劑的DIBMALP和相同構(gòu)建體之間穩(wěn)定目標(biāo)膜蛋白的量。可以清楚地看到，DDM在所需的kDA值約為40-60 kDa時(shí)具有更少的特定頻段。
為什么不應(yīng)該使用DIBMA？
對(duì)DIBMA的最大反駁是，與SMA和AASTY相比，它的溶解率可能更低。這意味著（平均）DIBMA納米盤(pán) - 也稱(chēng)為DIBMALP - 導(dǎo)致比其他合成聚合物更少的穩(wěn)定膜蛋白。
但是，這只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則。與其他聚合物相比，一些蛋白質(zhì)確實(shí)以更高的速率溶解DIBMA。另一個(gè)原因 篩分 將永遠(yuǎn)保持重要。
DIBMA與洗滌劑的比較
長(zhǎng)期以來(lái)，膜蛋白背后的科學(xué)依賴(lài)于去垢劑進(jìn)行增溶和穩(wěn)定。然而，DDM或LMNG等洗滌劑也存在一系列問(wèn)題。可以避免對(duì)正確洗滌劑進(jìn)行耗時(shí)的篩選過(guò)程，并且需要不斷將其添加到所有緩沖液中。但這適用于所有合成納米盤(pán)。使用DDM洗滌劑的DIBMALP和相同構(gòu)建體之間穩(wěn)定目標(biāo)膜蛋白的量。可以清楚地看到，DDM在所需的kDA值約為40-60 kDa時(shí)具有更少的特定頻段。
DIBMA 的類(lèi)型
有不同類(lèi)型的DIBMA需要區(qū)分。
不同的緩沖 DIBMAS - TRIS 或 HEPES 緩沖液
不同長(zhǎng)度的 DIBMA - DIBMA 10 和 12 構(gòu)建不同的大型聚合物鏈
不同電荷的DIBMAS-使DIBMAS對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的耐受性更高 甘油和氨基葡萄糖基團(tuán)已連接到原始DIBMA結(jié)構(gòu)上
SMA是苯乙烯馬來(lái)酸酐的縮寫(xiě)。它形成的合成納米盤(pán)被稱(chēng)為“SMA-脂質(zhì)-顆粒"，簡(jiǎn)稱(chēng)SMALP。
為什么要選擇SMA？
SMA是用于制造合成聚合物的時(shí)間最長(zhǎng)的聚合物。因此，SMA擁有成功溶解膜蛋白的最佳成熟數(shù)據(jù)庫(kù)。足以催生自己的科學(xué)界， SMALP 網(wǎng)絡(luò)。
與DIBMA相比，SMA具有更高的膜蛋白溶解率。這意味著，與DIBMALP相比，使用SMALP可以獲得更多的膜蛋白。
為什么不應(yīng)該選擇SMA？
如圖7所示，SMA含有芳香環(huán)。這導(dǎo)致SMA吸收波長(zhǎng)為280nm的光。該波長(zhǎng)通常用于定量蛋白質(zhì)。因此，由SMALP溶解的膜蛋白不能以這種方式定量，因?yàn)镾MALP會(huì)扭曲測(cè)量。 迪布馬 沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。
AASTY
聚（丙烯酸-共苯乙烯），AASTY，或SAA，是由丙烯酸和苯乙烯組成的高度交替的共聚物。
AASTY非常適合天然脂質(zhì)納米盤(pán)，可有效從哺乳動(dòng)物、細(xì)菌和酵母系統(tǒng)中提取膜蛋白（1，2）。AASTY在天然納米盤(pán)制備中的使用是由Anton Autzen博士和Henriette Autzen博士與斯坦福大學(xué)的Appel研究小組和加州大學(xué)舊金山分校的Yifan Cheng實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)的。
為什么要使用AASTY
苯乙烯和丙烯酸的反應(yīng)性比允許共聚物中高度交替的單體序列（1）。這意味著它們比不均勻的共聚物更均勻，并且可能更有效。
多余的AASTY共聚物可以在納米盤(pán)形成后通過(guò)透析去除（3）。這是因?yàn)榫酆衔锓肿恿糠植嫉姆稚⑿缘停肿恿吭谟糜诤铣葾ASTY的可逆加成-破碎鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)中得到高度控制。圖 9 對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明。
為什么不使用AASTY
使用陰離子共聚物時(shí)的主要挑戰(zhàn)之一是它們對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的敏感性：過(guò)高的二價(jià)陽(yáng)離子濃度會(huì)導(dǎo)致共聚物沉淀，從而喪失功能。作為一種陰離子共聚物，AASTY對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子敏感。這種靈敏度取決于共聚物中的丙烯酸含量，可以通過(guò)添加越來(lái)越多的鹽（如KCl和NaCl）來(lái)進(jìn)一步降低（3）。AASTY共聚物可耐受更高濃度的鎂2+ 比卡2+，無(wú)論是在納米盤(pán)中還是在沒(méi)有脂質(zhì)的情況下.
AMPHIPOLS
AMPHIPOLS是“兩親聚合物"的縮寫(xiě)。
兩棲酚可以看作是使用聚合物進(jìn)行膜蛋白穩(wěn)定的第一個(gè)重大成功。他們第一次提到這種用途來(lái)自 特里貝特等人，1996年。 當(dāng)時(shí)，兩棲酚是穩(wěn)定膜蛋白的洗滌劑的替代品。但是片棲動(dòng)物的不斷發(fā)展導(dǎo)致了所謂的 超溶質(zhì)™兩棲動(dòng)物。如前所述，兩棲動(dòng)物的歷史可以追溯到1996年。當(dāng)時(shí)，兩棲動(dòng)物只能穩(wěn)定膜蛋白，但不能溶解膜蛋白。這第一個(gè)任務(wù)仍然需要用洗滌劑來(lái)完成，類(lèi)似于 MSP 納米盤(pán).但最近的發(fā)展改變了這種狀況。新型Ultrasolute™ Amphipols以快速簡(jiǎn)便的方式結(jié)合了這兩個(gè)步驟，可與我們的其他合成聚合物相媲美。
為什么要使用超溶™兩棲動(dòng)物？
兩棲聚合物結(jié)合了其他合成納米盤(pán)聚合物的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它們對(duì)膜蛋白的增溶效率至少與SMA相當(dāng)。同時(shí)，與SMA相比，它在280nm波長(zhǎng)處沒(méi)有值得注意的吸收，與DIBMA相比，它的吸收甚至更少。因此，它不會(huì)干擾體積排阻色譜或蛋白質(zhì)定量測(cè)量。
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