西安交通大学博士后研究团队在国际期刊发表重要论文

9月16日，中国农业大学的杨栋团队在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，JACS）以文章形式发表了题为“Ensemble-Biased Disulfide Chemistry Orchestrates the Multidimensional Gluten Network Topology”的研究论文，并且该论文被选为当期的内页封面文章。研究揭示了将面粉与水混合并揉成面团的过程中，从纳秒级的原子运动到形成可操作的面团，这一过程跨越了多个时空尺度的分子化学反应。该论文由2025级硕士生谢伯瑜与2018级博士生高吉慧（现为浙江农林大学食品健康与营养学院讲师）共同担任第一作者，杨栋副教授与德克萨斯大学奥斯汀分校的Dave Thirumalai教授共同负责通讯工作。

制作面团的过程看似简单，不过只是调整面粉与水的比例。然而，面粉的性质非常复杂，蓬松、干燥且极易燃烧。当利用水作为媒介进行揉合时，面团能展现出优越的延展性能。研究团队发现，面粉中一种名为麦谷蛋白的巨大分子是自然界中已知的最大蛋白质之一。在干燥状态下，由于蛋白质分子间的静电排斥作用使它们分离，这导致面粉呈现出一种松散的状态。但一旦水分子加入，强烈的水合效应屏蔽了静电排斥，并促进了极性相互作用，从而使麦谷蛋白分子相互靠近，并通过半胱氨酸形成二硫键，交联成有序、通过焓驱动的聚合物。

传统生物化学中认为蛋白质要发挥功能必须具备稳定的三维结构，犹如“钥匙与锁”的关系。然而，麦谷蛋白1Dx5的氮端结构域并没有固定的折叠形状，其单个分子的构象不断变化。其上的三个半胱氨酸残基Cys10、Cys25和Cys40能够形成二硫键，链接不同的蛋白质分子。从化学角度看，半胱氨酸的配对可以形成多种组合，但实验结果显示实际上交联的方式相对有限，具有很高的选择性和偏好性。其中，Cys25是核心节点，参与了所有主要的交联模式；Cys25-Cys25连接形成一维链状的蛋白骨架，而Cys10-Cys25与Cys40-Cys25的分支连接则为骨架提供了另一维度的扩展。这一分子层面的理解解释了面团为何能够既一维延展（如拉面），又能三维膨胀（如面包、馒头）。

本研究提出了“系综偏向的化学选择性”的概念——这一过程不是简单的随机碰撞，也不仅仅是“钥匙与锁”的模式，而是两者之间的复杂策略，反映了大自然在蛋白质世界中的智慧。这一策略使得制作面团具有极强的适应性：尽管不同厨房的水温和盐碱度各不相同，面团仍然能成功成型，远比精细的化学反应对环境条件的严苛要求来得宽松。