兩親性短肽的自組裝及界面吸附機(jī)制研究.pdf

1、多肽作為介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的一類化合物,是涉及生物體內(nèi)各種細(xì)胞功能的生物活性物質(zhì),以其良好的生物相容性以及結(jié)構(gòu)和功能的多樣性倍受青睞,其對(duì)應(yīng)的自組裝體在材料學(xué)、組織工程、納米科學(xué)等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。多肽自組裝主要是通過(guò)一系列的非共價(jià)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(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。目前,如何設(shè)計(jì)肽分子、調(diào)控非共價(jià)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(diǎn)。本文以氨基酸為單體設(shè)計(jì)并合

2、成了五個(gè)系列的兩親性短肽,在高于相應(yīng)短肽CAC值時(shí)確定了肽組裝體的形貌及二級(jí)構(gòu)象,詳細(xì)考察了其自組裝行為。另外,在考察了自組裝行為的基礎(chǔ)上針對(duì)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(jié)果如下:
　　 (1)對(duì)于AC-ImK-NH2、Ac-LmK-NH2(m=3.5)及LI2K系列的組裝結(jié)果表明,雖然I與L的疏水性相當(dāng),互為同分異構(gòu)體,但是其二級(jí)構(gòu)象傾向不同,前者具有強(qiáng)的β-折疊傾向,后者具有強(qiáng)的α-螺旋傾向

3、。I的強(qiáng)β-折疊傾向直接引導(dǎo)13K形成長(zhǎng)納米纖維結(jié)構(gòu);L3K則組裝形成球狀聚集體,二級(jí)構(gòu)象為無(wú)序構(gòu)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(jié)構(gòu),二級(jí)結(jié)構(gòu)中含有部分β-折疊構(gòu)象。增加LmK疏水殘基L數(shù)目至5誘導(dǎo)多肽形成長(zhǎng)納米纖維,二級(jí)構(gòu)象為β-折疊,這說(shuō)明增強(qiáng)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(shù)目并未導(dǎo)致二級(jí)構(gòu)象的變化,但導(dǎo)致組裝形成纖維的直徑略微減小。
　　

4、(2)對(duì)于Ac-VnK-NH2(n=3-6)的研究結(jié)果顯示,V雖具有強(qiáng)的β-折疊傾向,但是其疏水性比I弱,V3K僅能形成短帶狀結(jié)構(gòu),二級(jí)構(gòu)象中含有部分β-折疊成分。增加V殘基的數(shù)目到5也能實(shí)現(xiàn)二級(jí)構(gòu)象及組裝形貌的轉(zhuǎn)變,V5K組裝形成類似ImK及L5K的長(zhǎng)纖維、二級(jí)構(gòu)象也為β-折疊。與ImK及LmK不同的是,繼續(xù)增加疏水殘基數(shù)目至6導(dǎo)致VmK的組裝形貌由長(zhǎng)纖維轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺罱Y(jié)構(gòu),二級(jí)構(gòu)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(jié)構(gòu)具有沿垂直長(zhǎng)軸方向延伸的特點(diǎn),這是由V的獨(dú)特特點(diǎn)及適宜的非共價(jià)鍵作用力兩方面作用的結(jié)果。
　　 (3)在pH為6.0條件下對(duì)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(qiáng)弱順序:G＜A＜V)的增加而增強(qiáng)。在親水的SiO2表面上,低濃度下三者均以單分子的形式通過(guò)靜電作用吸附在表面上,當(dāng)表面電荷被完全中和之后,吸附達(dá)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(nèi),溶液里的A6K分子以吸附在表面的分子為成核位點(diǎn)通過(guò)疏水作用和氫鍵作用聚集形成膠束、半膠束結(jié)構(gòu)。當(dāng)濃度高于0.5 mM時(shí),球形膠束、短纖維、長(zhǎng)纖維共存于表面上。V6K在濃度小于CAC時(shí),在表面聚集成纖維結(jié)構(gòu);當(dāng)濃度高于CAC時(shí),本體溶液中形成的片層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲形成球形聚集體以降低斥力的影響。
　　 (4)對(duì)于NH2/Ac-I3

7、K-NH2、NH2/Ac-KI3-NH2自組裝結(jié)果顯示,靜電斥力的大小及電荷排布位置對(duì)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(zhǎng)纖維,增加pH至9.0并未引起組裝形貌及二級(jí)構(gòu)象的變化。NH2-K13-NH2和NH2-I3K-NH2在pH為6.0時(shí),兩者均帶兩個(gè)電荷,二級(jí)構(gòu)象均為部分β-折疊構(gòu)象,前者形成扭曲的帶狀結(jié)構(gòu);后者形成是由幾條細(xì)纖維并列而成的扁帶狀結(jié)構(gòu),細(xì)纖維之間的“縫隙”清晰可見(jiàn)

8、,帶狀結(jié)構(gòu)基本無(wú)扭曲。調(diào)節(jié)pH至9.0導(dǎo)致兩者的二級(jí)構(gòu)象均轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊,NH2-KI3-NH2由扭曲的帶狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)纖維,NH2-I3K-NH2則由扁帶狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄降膶拵罱Y(jié)構(gòu),且?guī)罱Y(jié)構(gòu)之間的“縫隙”消失。
　　 (5)對(duì)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(jié)果顯示,pH為9.0的條件下增加AC-ImD-OH系列中I的數(shù)目能夠?qū)崿F(xiàn)組裝形貌從球形結(jié)構(gòu)到長(zhǎng)纖維、二級(jí)