主--客體作用介導(dǎo)的組裝結(jié)構(gòu)多樣化：生物分子組裝調(diào)控新策略

劉鳴華

(國(guó)家納米科學(xué)中心，北京100190)

主--客體作用介導(dǎo)的組裝結(jié)構(gòu)多樣化：生物分子組裝調(diào)控新策略

劉鳴華

(國(guó)家納米科學(xué)中心，北京100190)

生物分子通過(guò)自下而上的方式構(gòu)筑形式多樣的納米結(jié)構(gòu)是納米領(lǐng)域近幾十年來(lái)的研究熱點(diǎn)。在一些常用的生物構(gòu)建模塊中，肽類分子因其固有的生物相容性、生物可降解性、易于化學(xué)修飾以及方便易得等優(yōu)點(diǎn)，使其成為生物納米材料非常有潛質(zhì)的構(gòu)筑基元。其中，苯丙氨酸二肽(LPhe-L-Phe FF)因其本身優(yōu)異的組裝能力成為肽類化合物中的明星分子。目前，傳統(tǒng)的改變苯丙氨酸二肽類衍生物自組裝行為的方式有兩種。一種是通過(guò)改變二肽分子的外部環(huán)境，如pH值、溫度、溶劑、濃度、抗衡離子、界面狀態(tài)等；另一種是通過(guò)對(duì)苯丙氨酸二肽分子進(jìn)行化學(xué)修飾來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如將萘、芴和二茂鐵等基團(tuán)共價(jià)連接到苯丙氨酸二肽分子骨架上，從而賦予二肽分子新穎的物理化學(xué)性質(zhì)。

與傳統(tǒng)的研究思路不同，南開(kāi)大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉育教授課題組首次通過(guò)主客體相互作用的方式調(diào)控苯丙氨酸二肽分子的自組裝行為，實(shí)現(xiàn)了多種水溶性大環(huán)主體對(duì)同一客體分子組裝行為的多樣化調(diào)控。相關(guān)工作發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition雜志上1。

該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)將普適性客體分子雙吡啶鹽基團(tuán)共價(jià)連接到苯丙氨酸二肽分子骨架上，雙吡啶鹽基團(tuán)的引入不僅可以提高二肽分子的水溶性，同時(shí)提供了與不同的大環(huán)受體(葫蘆[7]脲、葫蘆[8]脲、水溶性柱[5]芳烴和四磺化冠醚)結(jié)合的活性位點(diǎn)，通過(guò)不同大環(huán)主體與同一客體分子之間的離子偶極、疏水、靜電及芳環(huán)間的電荷轉(zhuǎn)移等相互作用的差異性，實(shí)現(xiàn)對(duì)二肽組裝基元的構(gòu)型和尺寸的調(diào)控并最終實(shí)現(xiàn)超分子組裝體納米結(jié)構(gòu)的多樣性轉(zhuǎn)化，即超分子組裝體在不同大環(huán)主體存在的情況下由納米纖維分別轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米棒、類八面體結(jié)構(gòu)、螺旋納米線、方形納米片。此外，借助于主體葫蘆[8]脲較大的內(nèi)腔尺寸以及偶氮苯分子的光致異構(gòu)化性能，該研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了葫蘆[8]脲@二肽@偶氮苯三元復(fù)合體系在紫外光照射下的形貌轉(zhuǎn)化。這種生物活性分子與人工合成受體之間的非共價(jià)鍵合進(jìn)一步突出了超分子協(xié)同作用在仿生及刺激響應(yīng)的復(fù)雜分子組裝體構(gòu)筑方面的優(yōu)勢(shì)。因此，可以預(yù)見(jiàn)這種主客體調(diào)控策略為其它生物分子或者衍生物的組裝及新穎納米材料的構(gòu)筑提供一個(gè)智能簡(jiǎn)便的調(diào)控思路。

References

(1)Zhang,W.;Zhang,Y.M.;Li,S.H.;Cui,Y.L.;Yu,J.;Liu,Y. Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,11452.doi:10.1002/anie. 201605420

10.3866/PKU.WHXB201609211