通过肽序列远程控制合成结的形成

《Science China-Chemistry》：Remote control of synthetic knots through peptide sequences

分子结的立体选择性合成与功能调控研究通过多肽序列修饰实现。采用金属模板法与环闭 metathesis 合成含Ala/Val/Phe六种二肽链的分子结，获得58%-95%高效率和完全立体选择性。NMR证实局部序列变化影响构象但不破坏拓扑结构，紫外可见滴定显示溴离子结合常数Ka>10^5 M?1且具序列特异性。该策略为分子拓扑结构的功能编程提供了新范式。

　　

摘要

蛋白质的一级氨基酸序列决定了其结构、构象和功能特性。将这种序列-功能关系扩展到合成自组装体中，为精确编程分子结构和新兴特性提供了一种强大的手段。在这里，我们报道了通过修改连接到结状环上的肽序列，实现对分子五叶结的立体选择性合成和功能特性的远程控制。具体而言，六种含有丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）或苯丙氨酸（Phe）单元的二肽链被直接整合到配体骨架中，这些位置位于结状核心的周围。采用金属模板法并结合环闭合复分解反应，高效（58%–95%）且完全立体选择性地制备出了不同的结状结构。高级核磁共振（NMR）分析证实，微妙的序列变化会影响局部构象偏好，而不改变拓扑完整性。与均质肽螺旋相比，异质肽螺旋在自我排序过程中表现出更快的交换速率，这是由于空间位阻和协同不匹配导致的，从而降低了稳定性，这种现象类似于蛋白质折叠和组装中的序列依赖性稳定化。圆二色性研究表明，整体拓扑结构主导了手性光学响应，而残基位置对其仅有轻微影响。紫外-可见光滴定实验显示了强溴离子结合能力（K_a > 10⁵ M^?1），并且结合亲和力存在序列特异性差异，这突显了残基身份和位置在调节分子识别中的作用。引入三肽序列进一步证明了该策略的广泛应用性。这些结果建立了一种通过外围氨基酸序列在分子结中编码功能信息的一般方法，为远程控制拓扑复杂分子架构的功能提供了一种仿生手段。