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自德國波茨坦大學化學研究所的Helmut Schlaad教授。
由于糖在細胞識別、免疫反應及其他生物過程中起著重要作用，含糖聚合物是一類在生物醫(yī)藥應用中具有潛力的功能材料。但大多數(shù)復雜的糖聚合物結構與天然糖蛋白的化學結構相去甚遠，一類最簡單的糖蛋白模擬物是含有部分糖基化的均聚氨基酸，它可以通過不同N-羧基內(nèi)酸酐（NCA）開環(huán)共聚合來制備。
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和組成但是具有不同分布的共聚物，隨后利用巰基-烯反應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結構和組裝行為，為進一步理解糖基化對聚合物二級結構和自組裝行為的影響提供了基礎（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中同時加入這兩種單體可以得到統(tǒng)計分布的無規(guī)共聚物1a（假設兩種NCA反應性類似）；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%轉化率)或50分鐘(~ 70%轉化率) 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%，作者認為可能是空間位阻阻礙了巰基自由基的反應。 聚谷氨酸PLG與聚合物2a-c、3a-c在水溶液中的二級結構都會隨pH變化而變化，所有樣品在pH > 5時均為無規(guī)線團構象，在pH = 5時開始轉變?yōu)?/span>α-螺旋，并在pH = 4時螺旋度達到最高。有差異的是，對于非糖基化的聚氨基酸PLG與2a-c，在pH低于3.9時溶液會出現(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二級結構也有影響。3a和3b的最大螺旋度僅為~ 40%，低于相應的非糖基化前體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，作者認為不同的糖基化殘基的分布和位置對共聚肽鏈的折疊有不同的影響：統(tǒng)計分布無規(guī)共聚物中的糖基化殘基會干擾α-螺旋的形成，而梯度共聚肽中糖基化殘基分布較為集中，可能促進螺旋的形成（圖3B）。圖3. 水溶液中的二級結構。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pH為7.1時，即共聚物側鏈羧基均帶電且為無規(guī)線團，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，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構。圖4. 共聚物2c在pH = 4.21時形成納米纖維的Cryo-TEM圖像 而對于糖基化的共聚物3a-c，它們在pH = 7.1 或4.4時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，羧基理論上是完全電離親水的。與傳統(tǒng)的疏水效應形成的膠束不同，這里的聚集可能是葡萄糖之間的氫鍵相互作用或通過親水效應形成的。與葡萄糖結合的水分子多于與羧酸鹽結合的水分子，可能會產(chǎn)生滲透壓，這種滲透壓通過微相分離而平衡。 作者認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，進一步促進了糖和谷氨酸富集區(qū)域的微相分離。Cryo-TEM顯示，共聚物3c在中性時為不規(guī)則聚集，而在弱酸性時為球形聚集體。這些聚集體可能是“復合大分子膠束”或囊泡，具體類型有待進一步研究。
