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手性在肽自组装过程中的作用
浏览量:116 | 2025/3/8 16:08:49

肽的同手性对于维持“相似相容”的分子间相互作用至关重要,这种相互作用使得肽能够形成组装体和聚集体,并最终决定了所得材料的特性。借助三肽 F-F-L 的一系列立体异构体,文章证明了肽立体化学在分子识别引导下的肽自组装以及自分类过程中所起的关键作用。同手性自组装体在热学和机械性能方面比异手性自组装体更稳定。对多组分肽系统的形态学研究表明,由同手性肽形成的聚集体具有均匀的纳米纤维结构,而异手性系统则形成了具有异质形态的自分类系统。从本质上讲,同手性肽形成了更强的聚集体,这可能是生物系统倾向于同手性的一个原因。


肽立体化学在分子识别和自我分类引导下的肽自组装过程中所起的关键作用。


图1.a)铁ocene和芘基三肽(分别为1-8和 9)的立体异构体的化学结构。从左至右,所有化合物中每个立体中心(i-iii)的旋光性均已标明。b-f)同旋手性有机凝胶剂自组装成凝胶纳米纤维。同旋手性的基于铁ocene的凝胶剂 1 和 4 形成非荧光纤维,而 9 形成荧光纤维(上图)。将 9 混合在同一容器中(两种凝胶剂均由S型旋光中心组成)产生非荧光纤维,表明肽链混合堆积。然而,将凝胶剂 4 和 9 混合在同一容器中(两种凝胶剂由相反的旋光中心组成)则形成荧光纤维,表明纤维自发分选形成。在每个自组装示意图旁边分别展示了由 1、4和 9 单独以及以二元混合方式在甲苯中(10毫米)获得的自支撑有机凝胶。

在所有异构体中,1、3、4、6和9被发现能在甲苯中形成自支撑有机凝胶(图1b-d和补充信息中的图S20)。这些自支撑凝胶的熔点在47至98℃之间。在每种情况下,化合物均被加热至一定温度,然后冷却至室温,再经超声处理,从而形成自支撑有机凝胶。需要注意的是,9号化合物无需超声处理。分子1至9在甲苯中的凝胶化行为已在表S1中总结。由1、3、4和6得到的Fc凝胶呈透明黄色。此外,由基于吡啶的肽9得到的凝胶是透明无色的。然而,尽管异手性凝胶3和6初始时是透明的,但在30至60分钟后,随着溶剂的损失,它们开始变得不透明,这表明其凝胶化能力是亚稳态的(图S20b)。除此之外,同手性凝胶1、4和9稳定且在24小时内未见状态变化。异手性凝胶的亚稳态特性表明手性一致性是形成稳定有机凝胶的重要因素。化合物3和6的初始有机凝胶形成可归因于每种化合物中末端同手性二肽片段的相互作用。Fc凝胶的最低凝胶化浓度(MGC)对于1、3、6而言约为10毫摩尔。4和6.9的4毫米MGC值显著降低,这可能是由于Py基团额外的π-π堆积能力所致。然而,其他异手性Fc基肽(2,5、7和8)在甲苯中产生溶液,并且在长时间超声处理后无法形成任何类型的凝胶


文章已经证明了同手性自组装比异手性自组装更强且更稳定。多组分肽系统表明手性在识别中起着重要作用,由同手性肽形成的聚集体具有均匀的纳米纤维结构,而异手性系统则形成具有异质形态的自分类系统。从本质上讲,同手性肽形成更强的聚集体,这可能是生命系统倾向于同手性的一个原因。


参考文献:DOI: 10.1002/ange.201706162

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