【材料】非手性分子介入能有效调节二肽自组装过程的手性构型- 大数跨境

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2023-11-26

导读：中国科学院化学研究所李峻柏研究员、山东大学吴奥丽副研究员、臧恒昌教授和齐鲁工业大学郭永先博士合作，以N-芴甲氧羰基保护的苯丙氨酸-酪氨酸二肽作为组装模型，引入小分子吡啶衍生物BPE，通过调节Fmoc-

生物体内短肽自组装是一个动态过程，容易受到环境细微变化或体系能量的影响。如何在体外动态构筑短肽自组装体，通过调节组装路径实现其结构和功能的调控，具有重要的现实意义。天然的氨基酸有单一的手性构型（L构型）。具有手性构型和多个相互作用位点的短肽可用于制备手性生物、催化和光学材料。二肽在自组装过程中涉及多种非共价相互作用，会相互制约，抑制肽分子的手性放大，形成非手性纳米材料。因此，实现肽在纳米尺度上的手性可控以及具有可预测性的螺旋结构的设计仍面临许多困难。由两个氨基酸形成的二肽，结构简单，易于调节，特别是含有π-π堆积的芳香型二肽。近日，中国科学院化学研究所李峻柏研究员、山东大学吴奥丽副研究员、臧恒昌教授和齐鲁工业大学郭永先博士合作，以N-芴甲氧羰基保护的苯丙氨酸-酪氨酸二肽（Fmoc-FY）作为组装模型，引入小分子吡啶衍生物BPE，通过调节Fmoc-FY与BPE的组装路径和化学计量比，成功构建了具有形态多样性和手性可控性的二肽组装体。

图1. Fmoc-FY自组装与Fmoc-FY/BPE共组装的结构示意图。

Fmoc-FY的自组装过程是液-液相分离（LLPS）介导的成核生长过程。在加入不良溶剂后，检测到边界清晰的大尺寸球形结构。这些球体可以成核，并进一步形成右手螺旋。随着时间的延长，螺距增加，形成纤维束，进而转变为微米带，并伴随着手性信号的反转。这可能是由于在右手螺旋结构中，水分子作为桥连与二肽的酰胺键形成氢键作用，而水分子的排出诱导分子重新排列，转变为微米带。

图2. Fmoc-FY自组装的动态演变过程。

为了获得热力学稳定的手性结构，引入了小分子BPE，在不同的化学计量比下获得了右手或左手螺旋，并影响了组装体的机械性能与光学性质。通过一系列理化性质表征和分子动力学模拟对组装机理进行了研究。组装基元间氢键数量的变化是手性转变的主要驱动力之一。此外，利用磷酸化的酪氨酸（Fmoc-FpY）被碱性磷酸酶（ALP）靶向进行生物催化去磷酸化，也可以调节Fmoc-FY组装体的手性。该工作为制备功能化的手性生物材料提供了一种简便有效的方法。