DNA、蛋白质和多糖等生物大分子具有独特的螺旋结构。这些结构与识别、催化、复制、遗传信息存储等多种生物活性密切相关。从仿生学角度来看，人工折叠体因其能够模拟生物大分子二级结构的折叠行为，且其螺旋方向易于调控从而备受关注。传统的圆二色（CD）光谱技术不够直观，另外，通过高分辨率原子力显微镜（AFM）直接观测螺旋结构具有样品制备过程耗时繁琐的缺点。因此，开发一种简便、快速、经济的方法来直接观测和监控螺旋反转行为具有重要价值。
近日，香港中文大学（深圳）唐本忠教授、丘子杰教授，香港科技大学林荣业教授，华中科技大学廖永贵教授借助四苯乙烯功能化的半花菁染（图1），该染料对微环境极性、黏度具有高敏感性，可直接可视化并监测水溶性聚间苯撑乙炔基折叠体中溶剂驱动的螺旋反转过程（图1）。该折叠体在水溶液中呈左旋螺旋构象，染料在静电作用和疏水作用的驱动下进入折叠体沟槽，在一系列氢键作用下，其分子内运动受到有效限制，沟槽的低极性环境导致染料呈黄色荧光（图2）。当加入四氢呋喃改变溶剂环境后，折叠体手性侧基构象从anti变为syn，导致主链螺旋构象由左旋转变为右旋，且染料的结合方式由沟槽结合转变为表面结合，分子运动受限程度降低、分子内电荷转移增强，最终溶液荧光变为红色，指示螺旋反转的发生（图3）。此外，该折叠体在水/乙腈和水/二甲基亚砜中也出现螺旋反转行为，通过染料仍可以实现荧光颜色由黄色转变红色的可视化检测（图4）。本研究为理解生物大分子的构象转变提供了有力工具，并为深入探究螺旋结构的动态行为提供了思路。
图1 在四苯乙烯功能化半花菁染料辅助下，溶剂诱导聚间苯撑乙炔基折叠体螺旋反转的荧光颜色切换可视化示意图
图2 折叠体的合成路线以及与染料在水溶液中的结合行为
图3 折叠体在水/四氢呋喃混合溶剂中螺旋反转的荧光可视化
图4 折叠体在水/乙腈和水/二甲基亚砜混合溶剂中螺旋反转的荧光可视化
该工作开发的简便、快速、可靠的检测方法实现了对水溶性聚间苯撑乙炔类折叠体螺旋反转过程的荧光监测。与传统检测技术相比，该可视化方法无需繁琐耗时的样品前处理，也无需复杂的化学修饰。相关论文以“Fluorescence Visualization of Helix Inversion in Biomimic Polymeric Foldamer.”为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（DOI: 10.1002/ange.202512834）。文章的第一作者是香港科技大学博士后邱原，通讯作者为香港中文大学（深圳）唐本忠教授、丘子杰教授，香港科技大学林荣业教授，华中科技大学廖永贵教授。该研究得到国家自然科学基金委、广东省自然科学基金、深圳市科技创新委员会项目、深圳市科技计划项目和香港创新科技署项目的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/ange.202512834
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