分享一篇最近發(fā)表在Biomacromolecules上的文章，題目為Solution Behavior of Glyco-Copoly(L?Glutamic Acid)s in Dilute Saline Solution。這篇文章的通訊作者是來(lái)自德國(guó)波茨坦大學(xué)化學(xué)研究所的Helmut Schlaad教授。
由于糖在細(xì)胞識(shí)別、免疫反應(yīng)及其他生物過(guò)程中起著重要作用，含糖聚合物是一類在生物醫(yī)藥應(yīng)用中具有潛力的功能材料。但大多數(shù)復(fù)雜的糖聚合物結(jié)構(gòu)與天然糖蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)相去甚遠(yuǎn)，一類最簡(jiǎn)單的糖蛋白模擬物是含有部分糖基化的均聚氨基酸，它可以通過(guò)不同N-羧基內(nèi)酸酐（NCA）開(kāi)環(huán)共聚合來(lái)制備。
在本研究中，作者利用兩種單體（L-谷氨酸/DL-烯丙基甘氨酸）合成了一系列具有相同鏈長(zhǎng)和組成但是具有不同分布的共聚物，隨后利用巰基-烯反應(yīng)在雙鍵上后修飾了糖基。作者系統(tǒng)地研究了這些糖基化共聚物在溶液中的二級(jí)結(jié)構(gòu)和組裝行為，為進(jìn)一步理解糖基化對(duì)聚合物二級(jí)結(jié)構(gòu)和自組裝行為的影響提供了基礎(chǔ)（圖1）。
作者以100：13的比例共聚BLG NCA和DL-烯丙基甘氨酸(AG) NCA。在含有引發(fā)劑的DMF中同時(shí)加入這兩種單體可以得到統(tǒng)計(jì)分布的無(wú)規(guī)共聚物1a（假設(shè)兩種NCA反應(yīng)性類似）；為了得到梯度共聚物，作者先均聚BLG NCA，然后分別在8分鐘(~ 30%轉(zhuǎn)化率)或50分鐘(~ 70%轉(zhuǎn)化率) 加入AG NCA，得到梯度共聚物1b和1c。水解芐基后（聚合物分別記為2a-c），使用巰基化的糖對(duì)雙鍵后修飾得到約10%糖修飾的聚氨基酸3a-c（圖2）。在這里雙鍵的修飾效率約85%，作者認(rèn)為可能是空間位阻阻礙了巰基自由基的反應(yīng)。 聚谷氨酸PLG與聚合物2a-c、3a-c在水溶液中的二級(jí)結(jié)構(gòu)都會(huì)隨pH變化而變化，所有樣品在pH > 5時(shí)均為無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象，在pH = 5時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>α-螺旋，并在pH = 4時(shí)螺旋度達(dá)到最高。有差異的是，對(duì)于非糖基化的聚氨基酸PLG與2a-c，在pH低于3.9時(shí)溶液會(huì)出現(xiàn)沉淀，而糖基化的聚氨基酸3a-c則仍具有較好的溶解性（圖3A）。 不同分布的糖基聚合物對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)也有影響。3a和3b的最大螺旋度僅為~ 40%，低于相應(yīng)的非糖基化前體2a(56%)和2b(49%)，而3c的最大螺旋度(56%)比2c(47%)高，接近PLG參考樣品的60%。因此，作者認(rèn)為不同的糖基化殘基的分布和位置對(duì)共聚肽鏈的折疊有不同的影響：統(tǒng)計(jì)分布無(wú)規(guī)共聚物中的糖基化殘基會(huì)干擾α-螺旋的形成，而梯度共聚肽中糖基化殘基分布較為集中，可能促進(jìn)螺旋的形成（圖3B）。圖3. 水溶液中的二級(jí)結(jié)構(gòu)。A) 聚合物2a在不同pH下的CD光譜；B、C)聚合物螺旋度隨pH的變化 作者用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和冷凍透射電子顯微鏡（cryo-TEM）分析了這些聚合物在不同pH下的聚集行為。當(dāng)pH為7.1時(shí)，即共聚物側(cè)鏈羧基均帶電且為無(wú)規(guī)線團(tuán)，PLG與共聚物2a?c不形成任何形式的聚集體(粒徑<10 nm)；在pH約4.3時(shí)，PLG和2a?b仍未觀察到聚集體，而2c聚集成表觀直徑約為100 nm的聚集體，透射電鏡顯示形成了較大的不規(guī)則納米纖維，可能是由于形成了兩親性螺旋結(jié)構(gòu)。圖4. 共聚物2c在pH = 4.21時(shí)形成納米纖維的Cryo-TEM圖像 而對(duì)于糖基化的共聚物3a-c，它們?cè)?/span>pH = 7.1 或4.4時(shí)全部組裝成了直徑約100 nm的聚集體（圖5）。尤其是在pH = 7.1時(shí)，羧基理論上是完全電離親水的。與傳統(tǒng)的疏水效應(yīng)形成的膠束不同，這里的聚集可能是葡萄糖之間的氫鍵相互作用或通過(guò)親水效應(yīng)形成的。與葡萄糖結(jié)合的水分子多于與羧酸鹽結(jié)合的水分子，可能會(huì)產(chǎn)生滲透壓，這種滲透壓通過(guò)微相分離而平衡。 作者認(rèn)為這些聚集體是由于糖和羧酸鹽之間親水性的差異，在較低pH值下，羧酸鹽部分質(zhì)子化，親水性降低，進(jìn)一步促進(jìn)了糖和谷氨酸富集區(qū)域的微相分離。Cryo-TEM顯示，共聚物3c在中性時(shí)為不規(guī)則聚集，而在弱酸性時(shí)為球形聚集體。這些聚集體可能是“復(fù)合大分子膠束”或囊泡，具體類型有待進(jìn)一步研究。
