分享一篇發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上的文章，題為：pH-Controlled Reversible Folding of Copolymers via Formation of β-sheet Secondary Structures。本文的通訊作者是來自澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的Hendrik Frisch。
蛋白質(zhì)功能是通過其完美排列的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，多肽鏈通過主鏈酰胺之間的氫鍵形成局部有序的二級(jí)結(jié)構(gòu)（即α-螺旋和β-折疊），進(jìn)而形成整體的三級(jí)結(jié)構(gòu)。為了通過合成手段獲得類似的復(fù)雜大分子結(jié)構(gòu)，研究人員們已經(jīng)開發(fā)了多種策略，來誘導(dǎo)和控制合成聚合物的折疊。然而，目前仍難以達(dá)到天然聚合物折疊所表現(xiàn)出的復(fù)雜程度。因此，合成具有功能主鏈的序列確定的長鏈聚合物仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。 本文作者報(bào)導(dǎo)了通過含大環(huán)肽的自由基開環(huán)聚合（rROP）合成肽-N,N-二甲基丙烯酰胺共聚物。所得聚合物含有pH響應(yīng)性的氨基酸序列，在水中的質(zhì)子化或去質(zhì)子化過程，能夠誘導(dǎo)肽鏈進(jìn)行分子內(nèi)自組裝，通過形成 β-sheet的二級(jí)結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)聚合物鏈折疊，并證明了這種折疊行為是序列相關(guān)且可逆的。 具體說來，作者利用固相合成獲得所需的肽，開環(huán)的觸發(fā)器烯丙基硫醚是固定在樹脂上的，在得到自由端為羧酸的線性肽-烯丙基硫醚偶聯(lián)物后，將末端羧酸與Fmoc-Lys-OMe的ε-胺偶聯(lián)得到大環(huán)C1，它包含β-折疊編碼肽序列，其特點(diǎn)是疏水氨基酸苯丙氨酸（F）和帶羧基的谷氨酸（E）交替（1A）。C1 和 N,N-二甲基丙烯酰胺 (DMA) ([C1]:[DMA] = 5%) 進(jìn)行 RAFT 共聚生成受保護(hù)的共聚物P1tBu。通過核磁氫譜對(duì)共聚物中肽單元的摻入進(jìn)行定量，顯示每條鏈平均有 7 個(gè)肽單元。對(duì)谷氨酸側(cè)鏈脫保護(hù)后，得到共聚物P1（圖1B）。圓二色光譜結(jié)果表明，在高pH值8.0下，去質(zhì)子化的谷氨酸側(cè)鏈會(huì)引起肽鏈之間的靜電排斥，從而阻止自組裝。而在pH=2.0 時(shí)，CD光譜顯示在195 nm處出現(xiàn)新的最大值，并且在 220 nm 處出現(xiàn)最大值到最小值的反轉(zhuǎn)，表明β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)。 接著，作者將側(cè)鏈為羧基的谷氨酸（E）替換為了帶有氨基的賴氨酸（K），預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生與P1相反的pH依賴性行為，即在低pH下，質(zhì)子化的賴氨酸側(cè)鏈帶正電，導(dǎo)致靜電排斥并抑制相互作用。當(dāng)賴氨酸側(cè)鏈在較高pH下去質(zhì)子化時(shí)，預(yù)計(jì)形成β-折疊的肽單元將能夠自組裝。并利用圓二色光譜證實(shí)了猜想（圖2）。 最后，為了證明觀察到的構(gòu)象變化是由β-折疊編碼肽序列之間的相互作用引起的，而不是僅僅因?yàn)橘|(zhì)子化/去質(zhì)子化過程引起的，作者又將疏水性苯丙氨酸替換為親水的絲氨酸，合成了大環(huán)C3（GKSKSK）。替換后pH值變化時(shí)無法再觀察到β-折疊現(xiàn)象。這些結(jié)果表明肽-DMA共聚物可逆地形成氫鍵結(jié)構(gòu)的能力是編碼在主鏈的特定肽序列中的。 綜述所述，本文作者通過rROP合成的DMA-多肽共聚物，將β-折疊編碼的肽鏈整合入聚合物主鏈內(nèi)。這些共聚物由分子內(nèi)β-折疊的形成驅(qū)動(dòng)，表現(xiàn)出折疊成局部有序結(jié)構(gòu)的能力，且折疊和展開過程是pH可控、且可逆的。此設(shè)計(jì)縮小了合成聚合物和天然聚合物之間的鴻溝，為創(chuàng)建具有編程到聚合物鏈序列中的刺激響應(yīng)型合成材料鋪平了道路，反映了自然界中觀察到的初級(jí)結(jié)構(gòu)到高級(jí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。DOI: 10.1002/anie.202319839Link: https://doi.org/10.1002/anie.202319839
