跨膜通道是细胞内外物质交换、神经信号传导、细胞电生理特性的基础。跨膜通道的种类广泛、结构精确,目前已被应用于探究动作电位、物质跨膜运输以及纳米通道单分子技术等领域。尽管如此,由于孔径大小固定、单体/亚基数目单一,跨膜通道的应用受到了一定的限制。而且跨膜通道的形成机理非常复杂,特别是α-螺旋跨膜通道（例如钾钠离子通道的亚基通常含多个跨膜结构域）,使得跨膜通道的尺寸很难直接进行调控。此外,跨膜通道的整体分子量较大,含有的氨基酸数量至少在1000个以上。如此多的氨基酸数目使得跨膜通道难以进行从头设计,也无法通过全合成的方式构建。基于此,本文提出了基于环糊精为模板,以α-螺旋跨膜多肽来组装跨膜通道并调控通道大小。利用天然的环状刚性分子α-、β-和γ-环糊精构建分子组装模板,设计并获得高纯度、结构准确的新型α-螺旋跨膜多肽,通过点击化学将跨膜多肽进行组装,得到结构稳定且具有活性的跨膜通道,并实现了跨膜通道的全合成制备与尺寸调控。从而为跨膜通道的组装与调控提供了新方法,并且为其在纳米通道技术中的应用奠定了基础。具体研究内容如下:1.研究综述简要介绍了跨膜蛋白的概念、结构特征与分类,并对较大尺寸的α-螺旋离子通道、β-穿孔蛋白及小尺寸的跨膜多肽的结构、功能和应用进行了综述。论述了目前跨膜通道研究存在的瓶颈,并提出本研究的策略与创新点。2.跨膜通道组装模板的合成采用了碘单质与三苯基磷作为亲电试剂,能够选择性的将环糊精（cyclodextrin,CD）6号位的羟基进行全取代,得到全-6-碘-6-脱氧-环糊精。将该卤代物进一步与叠氮化钠反应能够得到全-6-叠氮-6-脱氧-环糊精。此外,碘代环糊精还可以与炔丙基胺直接反应,得到含有末端炔基的环糊精。通过核磁共振、红外光谱和高分辨质谱表征,验证了合成产物的正确性。这些具有末端炔基或叠氮基的环糊精衍生物可以用于点击化学反应,实现各种不同功能分子在环糊精小口端的组装。3.环糊精与新型跨膜多肽组装体的构建基于Wza通道蛋白的结构特点与穿孔机理,我们重新设计了含有linker部分的新型跨膜α-螺旋多肽——lWza,并在N-末端连接有炔基或者叠氮基用于组装反应。利用合成的含末端叠氮或末端炔基的环糊精,通过铜催化环加成反应,将跨膜α-螺旋多肽lWza组装至环糊精模板的小口端。经过分离纯化得到三种对称性较好的组装体（lWza）n·CD（n=6,7,8）,并使用聚丙烯酰胺凝胶电泳、红外光谱和MALDI-TOF质谱等技术进行了表征。该方法简单、快速,并且不会破坏多肽的稳定性,为跨膜蛋白的组装提供了新思路。4.环糊精支撑的跨膜通道的单通道分析研究基于环糊精、α-螺旋跨膜多肽组装体——（lWza）n·CD（n=6,7,8）,利用平面脂双层技术,在磷脂膜上构建了新型跨膜通道。通过单通道电流分析,探究了含不同单体数目的跨膜通道稳定性、孔道尺寸、电流特征与门控效应等,发现大分子壳聚糖能够瞬时堵塞并关闭跨膜通道。此外,含有环糊精的跨膜通道具备了与药物分子发生主客体相互作用的能力。这些环糊精支撑的跨膜通道结构稳定且具有特定功能,从而为其在纳米通道单分子研究以及在药物载体领域的应用奠定了基础。5.跨膜通道的尺寸调控研究为了使人工合成的跨膜通道能够与天然通道蛋白更加相似,并且实现通道大小调控,本研究对组装体中的环糊精模板进行水解。经过对水解酶的筛选,发现了麦芽糖α-淀粉酶可以催化环糊精模板发生部分水解,使得环糊精的刚性得到去除,并构建了去模板化的跨膜多肽组装体（lWza）n（n=6,7,8）。水解后的组装体能够在磷脂膜上形成稳定的开放型通道（正电压下）,并且在负电压下具有电压门控效应。本文通过分子模拟解释了跨膜通道（lWza）n（n=6,7,8）能稳定存在的机理,并且构建了较为精确的跨膜通道分子模型,从而实现了对跨膜通道的尺寸调控。