兩親性短肽的自組裝及界面吸附機制研究.pdf

1、多肽作為介于氨基酸和蛋白質之間的一類化合物,是涉及生物體內各種細胞功能的生物活性物質,以其良好的生物相容性以及結構和功能的多樣性倍受青睞,其對應的自組裝體在材料學、組織工程、納米科學等領域展示出巨大的應用潛力。多肽自組裝主要是通過一系列的非共價鍵作用力如氫鍵、靜電作用、疏水作用、范德華力、芳香堆積、水合作用等驅動實現的。目前,如何設計肽分子、調控非共價鍵作用力定向生成特定的組裝體及功能性材料成為研究的一大熱點。本文以氨基酸為單體設計并合

2、成了五個系列的兩親性短肽,在高于相應短肽CAC值時確定了肽組裝體的形貌及二級構象,詳細考察了其自組裝行為。另外,在考察了自組裝行為的基礎上針對有代表的一系列多肽在線考察了其在固/液界面上吸附行為。具體研究結果如下:
　　 (1)對于AC-ImK-NH2、Ac-LmK-NH2(m=3.5)及LI2K系列的組裝結果表明,雖然I與L的疏水性相當,互為同分異構體,但是其二級構象傾向不同,前者具有強的β-折疊傾向,后者具有強的α-螺旋傾向

3、。I的強β-折疊傾向直接引導13K形成長納米纖維結構;L3K則組裝形成球狀聚集體,二級構象為無序構象;LI2K分子的聚集形態(tài)介于L3K與I3K之間,主要形成短的納米帶狀結構,二級結構中含有部分β-折疊構象。增加LmK疏水殘基L數目至5誘導多肽形成長納米纖維,二級構象為β-折疊,這說明增強的疏水作用利于肽骨架間分子間氫鍵的形成。相比之下,增加ImK中疏水殘基I的數目并未導致二級構象的變化,但導致組裝形成纖維的直徑略微減小。
　　

4、(2)對于Ac-VnK-NH2(n=3-6)的研究結果顯示,V雖具有強的β-折疊傾向,但是其疏水性比I弱,V3K僅能形成短帶狀結構,二級構象中含有部分β-折疊成分。增加V殘基的數目到5也能實現二級構象及組裝形貌的轉變,V5K組裝形成類似ImK及L5K的長纖維、二級構象也為β-折疊。與ImK及LmK不同的是,繼續(xù)增加疏水殘基數目至6導致VmK的組裝形貌由長纖維轉變?yōu)槠瑺罱Y構,二級構象仍為β-折疊,這表明v的存在使得V6K形成的β-折疊片層

5、結構具有沿垂直長軸方向延伸的特點,這是由V的獨特特點及適宜的非共價鍵作用力兩方面作用的結果。
　　 (3)在pH為6.0條件下對G6K、A6K和V6K三種肽在SiO2/H2O界面上的吸附行為研究顯示,三者在水溶液中的聚集能力隨著分子疏水作用(疏水性強弱順序:G＜A＜V)的增加而增強。在親水的SiO2表面上,低濃度下三者均以單分子的形式通過靜電作用吸附在表面上,當表面電荷被完全中和之后,吸附達到初始飽和。G6K分子單體在表面上零散

6、地吸附。A6K在0.20～0.5 mM濃度范圍內,溶液里的A6K分子以吸附在表面的分子為成核位點通過疏水作用和氫鍵作用聚集形成膠束、半膠束結構。當濃度高于0.5 mM時,球形膠束、短纖維、長纖維共存于表面上。V6K在濃度小于CAC時,在表面聚集成纖維結構;當濃度高于CAC時,本體溶液中形成的片層結構沉積在表面,但由于與肽雙層之間存在靜電斥力作用,片層結構發(fā)生彎曲形成球形聚集體以降低斥力的影響。
　　 (4)對于NH2/Ac-I3

7、K-NH2、NH2/Ac-KI3-NH2自組裝結果顯示,靜電斥力的大小及電荷排布位置對組裝行為均有較大影響。Ac-KI3-NH2的組裝行為與Ac-I3K-NH2類似,組裝形成長纖維,增加pH至9.0并未引起組裝形貌及二級構象的變化。NH2-K13-NH2和NH2-I3K-NH2在pH為6.0時,兩者均帶兩個電荷,二級構象均為部分β-折疊構象,前者形成扭曲的帶狀結構;后者形成是由幾條細纖維并列而成的扁帶狀結構,細纖維之間的“縫隙”清晰可見

8、,帶狀結構基本無扭曲。調節(jié)pH至9.0導致兩者的二級構象均轉變?yōu)棣?折疊,NH2-KI3-NH2由扭曲的帶狀結構轉變?yōu)殚L纖維,NH2-I3K-NH2則由扁帶狀結構轉變?yōu)楸馄降膶拵罱Y構,且?guī)罱Y構之間的“縫隙”消失。
　　 (5)對于陰離子型短肽Ac-ImD-OH及Ac-InDoNH2(m=3-6,n=3,4)的組裝行為研究結果顯示,pH為9.0的條件下增加AC-ImD-OH系列中I的數目能夠實現組裝形貌從球形結構到長纖維、二級