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分子自组装作为生命科学最本质的内容之一,普遍存在于生命体系中。多肽自组装形成的结构多种多样,并且在生命科学领域有着非常好的应用前景,因此近年来越来越受到人们的关注。本文以Ac-I3K-NH2为基础,设计、合成了ImK、LmK(m=3.5)系列,XI2K系列以及DI3DK,探讨氢键作用、疏水作用以及分子手性对两亲性短肽自组装的影响,为两亲性多肽的应用研究提供一定的理论基础。
通过对I3K、I4K、I5K,L3K、L4K、L5K,L3K、LI2K、L3K这三个系列的自组装行为进行表征,探讨了Ile和Leu对其在水溶液中自组装行为的影响。结果发现Ile基团具有很强的形成β-折叠的倾向,因此ImK系列都能够自组装形成纤维结构。但是随着疏水尾部氨基酸残基数的增加,多肽分子间的堆积作用增强,自组装纤维结构直径变小。相比之下,Leu基团的β-折叠倾向要弱一些,在LmK系列自组装过程主要是在疏水作用力驱动下完成的。因此,L3K自组装形成囊泡结构,但是随着疏水残基数的增加,疏水作用增强使得β-折叠氢键形成,L5K自组装形成长的纤维结构。L4K的自组装介于L3K和L5K之间,其自组装如同介于L3K和I3K之间的LI2K,自组装驱动力由疏水作用变为氢键作用。
通过对I3K与XI2K系列多肽自组装的对比分析,可以发现在I3K的基础上将一个Ile用Leu或Val取代,减少疏水残基数目或将NH用NCH3取代破坏氢键,都不利于β-折叠结构的形成。通过对I3K与I2LK、LI2K进行比较,发现取代位置的不同导致组装形貌的差异:靠近Lys的Ile被Leu取代对组装的破坏性更大。但是由于Val具有强β-折叠倾向,I2VK与VI2K自组装没有明显差异。将I2K与I3K进行对比,发现多肽链过短将不能形成β-折叠氢键,从而不能形成稳定的纳米结构。将NⅡ2K与I3K进行对比分析,发现直接破坏氢键会对其自组装过程产生严重影响。
通过对LI3LK和DI3DK在不同温度下二级结构的表征,发现DI3DK在高温下不如LI3LK稳定。LI3LK和DI3DK自组装纤维结构同时出现了两种螺旋方向,这与文献报道的结果是不一致的。