二肽Asp-Phe氢键网格的设计及其在智能材料的应用

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随着对生物科学认识的不断深入,越来越多的人工生物材料在医药领域得到了广泛的探索性应用,如药物释放或检测。然而,由于体内生物分子生理功能复杂且结构多样化,对生物材料的敏感性和特异性提出了很高的要求。受大自然特征启发,肽分子具有良好的生物相容性、特定的生理功能和丰富的氢键,可以作为靶向受体的理想潜在选择。值得注意的是,肽的结构和功能因氨基酸种类、连接方式和位置的不同会产生不同变化。因此,通过对肽的合理设计能够为智能仿生材料提供新的研究思路。这些仿生材料具有可控可调以及高的特异性,将大大促进癌症早期检测、肿瘤细胞分选、药物可控释放、分离纯化、生物分子成像和生物分子芯片等领域的发展。本论文中,主要研究了肽序的生物特异性在仿生智能材料中的设计与构筑,以及肽序多样性对其响应性能影响两部分。具体内容如下:1.根据课题组前期二肽筛选策略,采用了标准固相多肽合成的方法制备了二肽L-Asp-L-Phe。该二肽由一个亲水氨基酸和疏水氨基酸组成,作为优化的糖识别受体用于唾液酸糖链特异性识别仿生智能聚合物的设计。氢谱核磁滴定的实验结果表明该二肽单元与不同单糖单元(唾液酸糖、半乳糖、葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖)之间能形成较强且具有差异的结合力。随后,将该二肽单元修饰到具有支化结构的聚乙烯亚胺链段上构筑了智能聚合物网格,接枝率约为6%。通过石英晶体微天平和原子力显微镜研究发现该聚合物薄膜对不同的单糖、寡糖异构体、唾液酸糖链表现出差异化的吸附行为,并伴随着明显的形貌和刚度变化。在此基础上,提出了一个关于PEI-g-DF聚合物与N-复杂型唾液酸糖链作用的分子机理,认为3’-唾液酸乳糖的羰基、酰胺和羟基与聚合物链段上的二肽的羰基形成的多氢键关系促使了聚合物对唾液酸糖链的高特异性选择。随后,将二肽功能化聚合物修饰到多孔磁性纳米粒子mSiO2@SiO2@Fe3O4表面。采用磁性固相萃取(Magetic-solid-phase extraction,M-SPE)这种高效的萃取方法,在200倍牛血清蛋白的干扰条件下,选择性富集出了高比例的胎球蛋白酶解产物唾液酸糖肽,验证了该材料糖链靶向捕获的设计思想。2.肽分子的氨基酸序列,以及氨基酸的位置和构象强烈地影响了肽链的构象、骨架的折叠和其生理功能。基于以上认识,在本实验中设计并合成了八对光响应手性分子,研究了肽序及构象对智能分子响应性能的影响。实验结果表明,肽序序列和手性构象都会明显影响到凝胶因子的凝胶化能力和光响应性能,特别是寡肽的手性构象会导致紫外光照前后凝胶-溶液转变速率及分子自组装行为的差异化。对此,我们提出了一个基于手性效应的竞争作用机制,认为肽的序列、氨基酸的位置以及手性构象对手性凝胶因子的顺反异构化和凝胶化,即分子解组装和自组装竞争平衡过程具有重要的影响。
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