全新设计多肽的自组装机理及功能化
生物多肽分子的折叠与自组装过程研究
生物多肽分子的折叠与自组装过程研究生物多肽是由氨基酸单元组成的聚合物，是生命体中不可或缺的重要分子。
除了构成蛋白质这种线性的构造体之外，生物多肽还是许多生物学重要过程的执行者和调节器。
因此，探究生物多肽折叠与自组装过程的机制，对于了解生命现象、理解生物体的结构和功能以及研发生物医学材料具有重要的科学意义和应用前景。
一、生物多肽折叠机理生物多肽的折叠机理是指其在生命体内或人工条件下变成具有特定三维结构的过程。
折叠使得生物多肽能够发挥具体的生物学功能，如催化酶反应、携带物质、传递信息等。
而生物多肽的折叠过程也是一种信息转移、能量转换和互作的过程。
其折叠机理的探究可以帮助人们了解蛋白质的三维结构及其对生命过程的影响，进而构建针对蛋白质相关疾病的研究和治疗方法。
当前，关于生物多肽折叠机理的研究主要依托于理论、仿真、实验等方法手段。
在理论方面，物理学、工程学、计算机科学、化学等学科组成的跨学科领域“蛋白质科学”致力于描绘蛋白质的结构和性质。
其主要手段是基于理论计算和分子模拟方法研究蛋白质溶液的物理性质和动力学行为，探究蛋白质折叠和聚集的机制。
常用的方法包括分子力学、量子化学、分子动力学模拟、Monte Carlo模拟、离散化模型等，其中分子动力学模拟被广泛应用于研究生物多肽分子的折叠机理。
二、生物多肽自组装过程生物多肽自组装是基于生物多肽的某些特定性质，通过一定条件的调控和刺激，使生物多肽分子自主组装成为具有特定形态的超分子结构。
生物多肽自组装结构广泛存在于生物体内外，如细胞膜、细胞骨架、DNA包裹、蛋白质酶、激素、免疫球蛋白等。
生物多肽自组装的研究不仅有助于揭示蛋白质分子在生命体内的储能转换、机械传送、信号传导和修复维护等生命过程中的作用机制。
而且可以用于结构材料领域的研究，如用生物多肽纳米纤维作为基底，制作功能性基材和纳米器件等。
在生物多肽自组装的研究方面，通常使用的方法是生物技术、化学合成、纳米技术等多种手段。
功能性多肽设计原理及应用
功能性多肽设计原理及应用功能性多肽设计是通过模拟天然生物体中多肽的结构和功能特征，使用计算机辅助方法以及实验手段来设计新的功能性多肽，从而实现特定的生物学活性。
功能性多肽设计的原理主要包括任务定义、序列设计和结构模拟三个步骤。
任务定义阶段，首先需要明确设计多肽的功能和应用，例如通过抑制靶点蛋白来治疗某种疾病、设计特定的受体配体等。
在这个阶段，需要进行深入的文献研究和相关领域的了解，确定目标和需求。
序列设计阶段，根据任务定义的结果，选取合适的多肽序列作为起点，一般可以从天然的蛋白质或多肽中挑选适当的序列。
在确定起点序列后，可以通过改变氨基酸的排列顺序、替换、插入或删除氨基酸来设计新的序列。
此外，还可以利用计算机辅助方法进行序列设计，如通过蛋白质结构预测、插入序列模块等方式来改变序列的结构和功能。
结构模拟阶段，设计的多肽序列通常需要与目标蛋白相互作用，因此需要预测多肽的结构。
可以采用蛋白结构预测的方法来得到多肽的三维结构，如基于模板的建模、分子动力学模拟等。
预测得到的结构可以通过不同的评价指标进行评估，如稳定性、抗原性和结合能力等。
功能性多肽设计的应用十分广泛。
首先，功能性多肽可以用于药物开发。
通过设计具有特定生物学活性的多肽，可以用于治疗肿瘤、炎症和感染等疾病。
此外，功能性多肽也可以用于仿生材料的设计，如设计具有抗菌、防污和组织修复等功能的多肽。
另外，功能性多肽还可以用于生物传感器的构建，通过与配体相互作用来检测环境中的目标分子，并发出相应的信号。
此外，功能性多肽还可以用于细胞内治疗和靶向传递药物等领域。
总之，功能性多肽设计是一种通过计算机模拟和实验手段来设计新的多肽序列以及模拟结构，实现特定的生物学活性的方法。
它在药物开发、仿生材料设计和生物传感器等领域都有广泛的应用前景。
由于多肽的结构多样性和功能多样性，功能性多肽设计的工作还面临着许多挑战，如精确的蛋白结构预测、高效的序列设计和快速的结构模拟等。
多肽设计原理和方法PPT课件
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案例5 同一蛋白质不同亚型的多肽设 计 NFKB1
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案例6 同一蛋白质不同亚型的多肽设计 CXCR3
The CXCR3 protein belongs to G protein-coupled receptor family. Several alternatively spliced transcript variants encoding distinct isoforms have been reported.The CXCR3B protein contains 416 amino acids and has a longer N terminus that differs from the original 368-amino acid CXCR3 protein, CXCR3A, in the first 52 residues. This antibody, 60065-1-Ig, is specific for CXCR3B, not binding CXCR3A.
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案例2 家族性蛋白的多肽设计 （transgelin）
The transgelin family is a group of proteins that belong to 22kd actin-related corpnin superfamily.
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多肽合成原理
多肽合成原理多肽是由氨基酸残基通过肽键连接而成的生物大分子，是生物体内重要的功能性分子，广泛参与生命活动的调控和信号传递。
多肽的合成是指通过人工手段在实验室中合成具有特定氨基酸序列的多肽分子。
多肽合成的原理主要包括氨基酸保护基的选择、肽键的形成和保护基的去除等过程。
1. 氨基酸保护基的选择在多肽合成过程中，氨基酸需要进行保护，以防止氨基酸残基之间的非特异性反应。
常用的氨基酸保护基有丙酮基（Ac）、丁酸酯基（But）、苯甲酰基（Bzl）等。
选择合适的保护基可以保护氨基酸的侧链官能团，同时又保持肽键的反应活性。
2. 肽键的形成肽键的形成是多肽合成的核心步骤之一。
在多肽合成中，常用的反应方法是通过氨基酸羧基与下一个氨基酸的氨基反应形成酰肽键。
这一反应需要加入活化剂，常用的有二硫化碳（DCC）、1-羟基苯咪唑（HOBt）等。
3. 保护基的去除在多肽合成过程中，保护基需要在特定条件下去除，以暴露出氨基酸的活性官能团。
常用的去保护基方法有酸性水解、碱性水解、还原剂还原等。
去除保护基后，可以进行下一轮的肽键形成反应。
多肽合成的具体步骤如下：1. 根据多肽序列设计合成方案，选择合适的氨基酸保护基。
2. 使用固相合成或液相合成的方法进行多肽合成。
固相合成是将第一个氨基酸固定在固相载体上，然后逐个加入下一个氨基酸，并进行反应。
液相合成是将氨基酸溶解在溶剂中，逐步反应形成多肽。
3. 制备活化剂，将氨基酸保护基去除。
4. 反复进行肽键形成和保护基去除的步骤，直至合成完整的多肽分子。
5. 对合成得到的多肽进行纯化和分析，如高效液相色谱（HPLC）、质谱（MS）等。
多肽的合成技术在药物研发、生物工程和生命科学研究等领域具有重要的应用价值。
通过多肽合成，可以合成具有特定功能和活性的多肽药物，如抗菌肽、抗肿瘤肽等。
多肽合成技术的发展使得科学家们能够更好地研究和利用多肽分子的生物学功能，为人类健康和生命科学的发展做出贡献。
总结起来，多肽合成的原理包括氨基酸保护基的选择、肽键的形成和保护基的去除等步骤。
多肽药物的设计与合成
多肽药物的设计与合成随着科技的不断进步和医学研究的深入，多肽药物已成为一种具有广阔应用前景的药物形式。
与传统的小分子药物相比，多肽药物拥有更大的分子量和更复杂的结构，因此具备更灵活的目标选择性和更高的靶向性。
本文将探讨多肽药物的设计与合成的相关内容。
一、多肽药物的设计1.1 多肽药物的结构多肽药物由氨基酸残基通过肽键连接而成，通常包含10到50个氨基酸残基。
多肽的结构以及各个氨基酸的排列顺序决定了多肽药物的生物活性和特异性。
1.2 靶标选择在多肽药物的设计中，首先需要确定目标疾病或病理过程的靶标。
通过深入了解疾病的分子机制，并筛选出与之相关的关键靶点，可以有针对性地设计多肽药物。
1.3 多肽的拓扑构象多肽药物可以通过调控其拓扑构象来增强其生物活性和稳定性。
例如，通过引入螺旋结构或β-折叠结构，可以提高多肽药物的抗蛋白酶降解性能和抗溶解性能。
二、多肽药物的合成2.1 固相合成法固相合成法是目前最常用的多肽药物合成方法。
该方法利用肽链与树脂固定相互结合，通过逐步加入氨基酸单元，通过肽键形成来合成多肽。
固相合成法具有高效、产率高和纯度好的特点，广泛应用于多肽药物的合成。
2.2 液相合成法液相合成法主要利用溶液中氨基酸之间的活性基团进行反应合成多肽药物。
相比固相合成法，液相合成法的合成规模更小，适用于少量多肽的合成。
然而，液相合成法合成多肽的纯度较低，需要经过精细的分离和纯化步骤。
2.3 杂化合成法杂化合成法结合了固相合成法和液相合成法的优点，常用于合成复杂结构的多肽药物。
通过固相合成法合成部分肽链，然后与已合成的肽片段进行液相反应，最终得到目标多肽。
2.4 化学改性为了提高多肽药物的稳定性和生物利用度，常常需要进行化学改性。
如引入D型氨基酸、修饰端基或进行肽键修饰等，以增强多肽药物的生物稳定性和体内活性。
三、多肽药物的优势与挑战3.1 优势多肽药物具有较高的靶向性和选择性，能够准确作用于目标蛋白，降低对正常细胞的不良影响。
多肽自组装结构的设计及应用
多肽自组装结构的设计及应用多肽自组装是指由多肽分子自发地通过非共价相互作用力（如氢键、π-π叠合、疏水相互作用等）形成具有一定空间结构和功能的超分子自组装结构。
相比于传统材料，多肽自组装材料具有独特的低维度结构、高稳定性、可编程性和多功能性，因而具有广泛的应用前景。
本文将介绍多肽自组装结构的设计及在材料科学、生物医学等领域的应用。
一、多肽自组装结构的设计多肽是一类天然具有高度结构可控性的生物大分子，由氨基酸分子组成。
与其他聚合物材料相比，多肽具有组成结构任意性、多样性、施加外界刺激（如光、温度、离子等）响应度高等优势，这使得多肽成为自组装材料的理想平台。
多肽自组装材料是由多肽分子自行组装而成的一种新型超分子材料。
多肽自组装材料具有微米尺度的空间尺度，因此具有许多独特的物理和化学特性。
而多肽自组装结构的形态、稳定性、功能等均取决于多肽的序列、长度、氨基酸残基、链端修饰等因素。
因此，多肽自组装材料的设计是实现其应用的关键。
多肽自组装结构的设计中，最常用的手段是通过改变多肽分子间的非共价相互作用力以及多肽的分子结构，从而调控其自组装形态和稳定性。
比如，增加多肽分子内部的氢键、π-π叠合等相互作用，可以促进多肽自组装结构的形成；更换氨基酸残基或对多肽链端进行化学修饰，也可以调制多肽自组装行为。
此外，基于多肽在生命科学中的重要作用，近年来，基因工程技术已经成为了多肽自组装结构的一个设计重点。
通过基因重组技术，可以设计与生物体内天然蛋白类似的多肽，从而获得具有更复杂结构和多功能性的多肽自组装材料。
二、多肽自组装材料的应用多肽自组装材料具有广泛的应用前景，主要涉及材料科学、生物医学、生物传感器等研究领域。
1. 材料科学多肽自组装材料在材料科学中的应用主要包括纳米材料合成、模板制备、荧光探针等。
在这些应用中，多肽自组装材料可作为模板、催化剂、荧光标记物等作用。
比如，多肽自组装纳米材料具有巨大的比表面积和特殊的表面沟道结构，因此可以用作高效的催化剂，在化学反应、光电子学等领域有广泛的应用。
多肽类药物自组装及其应用
多肽类药物自组装及其应用随着科技的进步和医学研究的不断深入，多肽类药物自组装成为了当今热门的研究方向之一。
多肽类药物自组装是指药物分子在某些条件下，通过分子间相互作用自发形成具有特定结构和功能的超分子结构。
这种自组装现象已经在生物领域得到了广泛的应用，成为一种全新的治疗手段。
1. 多肽类药物自组装的基本原理多肽类药物分子是由一些氨基酸残基构成的线性聚合物，通常是由二十种常见的氨基酸残基构成。
这些分子间存在着各种各样的吸引力和排斥力，包括氢键、范德华力、静电力等。
当多肽类药物分子在适当的条件下，这些不同的相互作用将发挥出最大的作用，使得药物分子会自发地排列成一定的结构，形成一种有序的超分子物质。
2. 多肽类药物自组装的主要条件多肽类药物自组装的过程需要满足许多条件，包括环境温度、pH值、离子浓度等。
此外，多肽类药物的结构和性质也是影响自组装行为的重要因素。
通常情况下，多肽类药物的分子结构越复杂，自组装行为也越难以实现。
因此，在药物设计过程中，需要考虑如何设计出具有合适分子结构和性质的多肽类药物分子，以实现最佳的自组装效果。
3. 多肽类药物自组装的应用多肽类药物自组装已经在生物医学领域证明了其巨大的潜力。
一方面，多肽类药物自组装使得药物分子可以自组合成为各种形态的超分子结构，如纳米粒子、膜、纤维等。
这些结构常常具有高度的稳定性和特定的功能，可用于用于制备高效的靶向药物载体、纳米药物、人工酶等。
另一方面，多肽类药物自组装行为还可以用于模拟生物体内的重要生理过程，如细胞核的自组装、蛋白质折叠、酶-底物相互作用等，从而为生物医学领域的研究提供了更加丰富的手段。
4. 多肽类药物自组装可能面临的挑战虽然多肽类药物自组装已经在很多领域展示了其强大的应用潜力，但其发展仍面临一些技术和实际的挑战。
首先，多肽类药物的高水溶性、高内在晶体结构、低流动性等特点，使其很容易发生聚集集体，在生物体内释放时容易失效。
其次，多肽类药物的缺陷在于容易被身体的各种酶和酸性环境所降解，因此需要寻找合适的载体来保护药物在人体内的稳定性和活性。
多肽药物设计和合成方法介绍
多肽药物设计和合成方法介绍摘要：多肽药物是一类由多个氨基酸残基组成的化合物，具有广泛的生物活性和药理学应用。
本文将介绍多肽药物设计和合成的方法，包括序列设计、合成策略、修饰技术等，为多肽药物研发提供参考。
1. 引言多肽药物是一类由10个以上的氨基酸残基组成的化合物，因其具有良好的生物相容性、高效的靶向性和较低的毒性而备受关注。
目前，多肽药物已经广泛应用于癌症、代谢疾病和神经系统疾病等领域。
2. 多肽药物的序列设计多肽药物的序列设计是其研发的基础。
一方面，序列确定了多肽的生物活性和靶向性；另一方面，也决定了多肽的合成难度和成本。
目前，常用的序列设计方法包括仿生学设计、计算机辅助设计和随机设计等。
2.1 仿生学设计仿生学设计是通过模仿天然生物体内已经存在的功能多肽或蛋白质序列进行设计。
通过改变氨基酸的类型、顺序或剪切序列，可以改变多肽的生物活性和稳定性。
2.2 计算机辅助设计计算机辅助设计是利用计算机模拟和分析多肽序列的方法。
通过构建多肽序列库，结合分子模拟和机器学习算法，可以预测多肽的构象和性质，为设计合理的多肽药物提供指导。
2.3 随机设计随机设计是通过随机合成数以万计的多肽库，通过高通量筛选方法选出具有特定功能的多肽。
这种方法能够大大提高多肽药物的研发效率和成功率，但也存在一定的经济成本和资源浪费。
3. 多肽药物的合成策略多肽药物的合成是多肽药物研发的关键一步。
由于多肽分子的复杂性，传统的肽合成方法往往存在低产率、副反应多等问题。
为解决这些问题，研究者们开展了许多改良的合成策略。
3.1 固相合成法固相合成法是目前最常用的多肽合成方法之一。
该方法利用固相合成支架和保护氨基酸基团，通过逐步添加氨基酸残基的方式，将氨基酸一步步连接成多肽。
3.2 液相合成法液相合成法是一种将氨基酸溶解于溶剂中，并利用活性化的氨基酸进行反应的方法。
这种方法可以在单一试管中完成多肽的合成，但合成速度较慢，副反应也较多。
3.3 交联酶法交联酶是自然界中一种特殊的酶，能够通过反应选择性地将相互作用的氨基酸连接起来形成多肽。
自组装多肽原理
自组装多肽原理引言：自组装多肽是一种基于肽链的分子自组装现象，它在生物体内广泛存在，并在生物体内发挥重要的生理功能。
自组装多肽具有独特的分子结构和功能特性，因此在材料科学、生物医学和纳米技术等领域得到了广泛的应用和研究。
本文将重点介绍自组装多肽的原理和应用。
一、自组装多肽的原理1. 多肽的结构特点多肽是由氨基酸残基通过肽键连接而成的生物大分子。
多肽的结构特点主要包括肽链的线性排列、多肽链的二级结构和多肽的折叠构象。
多肽的自组装能力与其特殊的分子结构密切相关。
2. 多肽的亲水和疏水性质多肽分子由亲水性和疏水性氨基酸残基组成，因此具有良好的水溶性。
亲水性氨基酸残基能够与水分子形成氢键，增强多肽的水溶性；而疏水性氨基酸残基则会在水相中聚集形成疏水核心，促进多肽的自组装。
3. 多肽的非共价相互作用多肽分子之间通过一系列非共价相互作用力来实现自组装。
这些相互作用力包括氢键、静电相互作用、疏水作用和范德华力等。
其中，氢键是多肽自组装的主要驱动力之一，通过氢键的形成和破坏来实现多肽的组装和解组装。
4. 多肽的自组装过程多肽的自组装过程通常经历溶液状态、胶束状态和纳米纤维状态等阶段。
在溶液状态下，多肽分子以散乱状态存在；当溶液中多肽浓度达到一定范围时，多肽开始自组装形成胶束结构；随着浓度的进一步增加，多肽形成纳米纤维结构。
这些纳米纤维可以进一步组装形成更大的超分子结构。
二、自组装多肽的应用1. 生物医学应用自组装多肽在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，自组装多肽可以作为药物传递系统，通过调控多肽的自组装过程，将药物包裹在纳米纤维中，实现药物的高效传递和靶向释放。
此外，自组装多肽还可以用于组织工程和再生医学，通过构建具有特定结构和功能的多肽纳米材料，促进组织修复和再生。
2. 材料科学应用自组装多肽在材料科学领域也有重要的应用价值。
多肽纳米纤维具有优异的机械性能和生物相容性，可以作为材料的基础单元构建纳米材料。
多肽合成的生物化学机制
多肽合成的生物化学机制多肽是由氨基酸分子通过肽键连接而成的生物分子，是生物体内蛋白质合成的基本组成单位。
多肽合成是一个复杂的生物化学过程，涉及多种酶和蛋白质的参与。
本文将讨论多肽合成的生物化学机制，包括多肽的合成过程、参与的关键因子以及调控机制。
1. 氨基酸的激活与载体蛋白结合多肽的合成始于氨基酸的激活。
氨基酸首先与氨基酸激酶结合，形成酰腺苷酰氨基酸中间体。
随后，酰腺苷酰氨基酸与载体蛋白结合，形成氨基酰载体蛋白。
这一步骤需要能量供应，通常由三磷酸腺苷（ATP）提供。
2. 核糖体上的多肽合成氨基酰载体蛋白进入核糖体，与mRNA上的密码子相互配对，开始多肽链的合成。
这一过程分为启动、延伸和终止三个阶段。
启动时，核糖体与mRNA的起始密码子配对，引入第一个氨基酰载体蛋白。
之后，氨基酰载体蛋白通过肽键形成多肽链，不断延伸，直到遇到终止密码子。
3. 酶的参与与调控多肽合成的过程中，涉及多种酶的参与和调控。
例如，氨基酸激酶催化氨基酸的激活，核糖体催化多肽链的合成，肽酰基转移酶促进肽链的延伸等。
此外，还有调控因子如转录因子和翻译调节蛋白参与多肽合成的调控。
4. 后翻译修饰多肽合成完成后，可能需要进行后翻译修饰。
这包括翻译后修饰和蛋白质摺叠等过程，确保多肽的正确结构和功能。
例如，蛋白质激酶可能对多肽进行磷酸化修饰，或者分子伴侣协助蛋白质的折叠等。
综上所述，多肽合成是一个复杂而精密的生物化学过程，需要多种因子的协同作用。
了解多肽合成的生物化学机制有助于深入理解蛋白质的合成和功能，为疾病的治疗和生物技术的发展提供重要参考。
希望本文对读者有所启发和帮助。
多肽自组装材料的制备与应用前景展望
多肽自组装材料的制备与应用前景展望自组装材料是一种将分子或纳米材料通过非共价相互作用组装成有序结构的方法，具有独特的性质和广泛的应用前景。
多肽自组装材料作为一种重要的自组装材料，具有许多优势，如生物相容性、可调控性、生物功能性以及可持续性等，因此在生物医学、纳米技术和材料科学等领域具有巨大的应用前景。
本文将从多肽自组装材料的制备方法、研究进展与应用前景进行探讨。
一、多肽自组装材料的制备方法多肽是由氨基酸组成的生物大分子，具有丰富的结构和功能。
多肽自组装材料的制备方法可以通过调控多肽序列、溶液条件和外界刺激等来实现。
以下是几种常见的多肽自组装材料的制备方法。
1. 静电相互作用：多肽的氨基酸残基带有正电荷或负电荷，可以通过调节pH值来改变多肽的电荷状态，从而利用静电相互作用实现自组装。
例如，正电荷的多肽可以与负电荷的多肽形成稳定的自组装结构。
2. 氢键作用：多肽中氨基酸残基之间可以通过氢键相互作用来实现自组装。
氢键作用是一种弱相互作用力，但多肽的氢键相互作用可以积累到足够的数量，从而形成稳定的自组装结构。
3. 疏水效应：多肽中的某些氨基酸残基是疏水性的，他们通常趋向于互相挤出水分子而聚集在一起。
通过调节多肽的序列和疏水性氨基酸残基的数量，可以实现疏水效应引导的自组装。
这种自组装结构在药物传递和材料表面涂层方面具有重要应用。
二、多肽自组装材料的研究进展多肽自组装材料的研究进展主要体现在以下几个方面。
1. 结构调控：通过调节多肽的序列和溶液条件，可以控制多肽自组装材料的结构和性质。
例如，改变多肽序列中的亲疏水性氨基酸残基的比例可以调节自组装材料的疏水性和生物相容性。
2. 功能化改性：通过引入功能性基团或化学改性，可以赋予多肽自组装材料更多的功能。
例如，将多肽与药物分子结合，可以实现多肽自组装材料在药物传递方面的应用。
3. 多功能性：多肽自组装材料具有可调控性和多功能性。
通过将不同的多肽组装在一起，可以构建具有多种功能的自组装材料。
多肽分子自组装
中国科学: 化学 2011年第41卷第2期: 221 ~ 238 SCIENTIA SINICA Chimica 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS评述多肽分子自组装许小丁, 陈昌盛, 陈荆晓, 张先正*, 卓仁禧生物医用高分子材料教育部重点实验室; 武汉大学化学与分子科学学院, 武汉 430072 *通讯作者, E-mail: xz-zhang@收稿日期: 2010-10-29; 接受日期: 2010-11-13doi: 10.1360/032010-782摘要源于自然界中广泛存在的蛋白质自组装现象, 近年来多肽的自组装逐渐成为材料学和生物医学等领域的研究热点. 通过合理调控多肽的分子结构以及改变外界的环境, 多肽分子可以利用氢键、疏水性作用、π-π堆积作用等非共价键力自发或触发地自组装形成形态与结构特异的组装体. 由于多肽自身具有良好的生物相容性和可控的降解性能, 利用多肽自组装技术构建的各种功能性材料在药物控制释放、组织工程支架材料以及生物矿化等领域内有着巨大的应用前景. 本文总结了近年来多肽自组装研究的进展, 介绍了多肽自组装技术常见的几种结构模型, 概括了多肽自组装的机理, 并进一步阐述多肽自组装形成的组装体形态及其在材料学和生物医学等领域里的应用. 关键词多肽自组装形态与结构应用1 引言分子自组装是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别, 通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚集体. 非共价键相互作用力是分子发生自组装的关键. 常见的非共价键相互作用力包括氢键作用、范德华力、静电作用、疏水作用、π- π堆积作用、阳离子-π吸附作用等[1]. 非共价键相互作用力维持了自组装体系的结构稳定性和完整性, 但并不是所有分子都具有自组装行为, 它的产生需要两个条件: 自组装的动力以及导向作用. 自组装的动力指的是分子间的非共价键相互作用力的协同作用, 它为分子自组装提供能量; 而自组装的导向作用指的是分子要在空间上存在互补性, 分子能够在空间的尺寸和方向上实现重排和堆积. 随着自组装技术的逐渐发展, 通过分子自组装可以得到具有光、电、催化等功能和特性的自组装材料, 例如非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料和组织生长支架材料等[2~4].多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质, 是介于氨基酸和蛋白质之间的一类化合物, 由多种氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键结合而成. 由于多肽链段上氨基酸残基具有不同的化学结构, 多肽可以利用其肽键间氢键作用以及氨基酸残基之间的氢键作用、静电作用、疏水性作用以及π-π堆积作用等有效实现分子自组装. 自然界常见的氨基酸有20种, 通过分子设计和多肽合成等手段可以得到成千上万种结构特异、具有不同功能的多肽, 有利于多肽自组装的基元选择和自组装条件的优化. 此外, 由于多肽是涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质、具有良好的生物相容性和可控的降解性, 相对于其他自组装体系, 多肽的自组装有着更为广阔的应用前景, 尤其是在组织工程、基因治疗等生物医学领域. 基于以上优点, 近年来多肽的自组装引起国内外研究人员越来越大的研究兴趣. 1993年, Ghadiri等设计并合成了含有8个氨基酸残基的环肽(cyclo-[(L-Gln-D- Ala-L-Glu-D-Ala)2-]), 通过交替改变分子结构中氨基酸残基的空间构象(L型和D型), 该环肽可以在水溶液中自组装形成纳米管状结构[5]. 同年, Zhang 等报道了许小丁等: 多肽分子自组装222一种可以自组装形成水凝胶膜的离子互补型十六肽[6]. 随后, 一系列具有自组装行为的多肽相继被报道[7~21]. 多肽自组装可以分为自发型自组装和触发型自组装. 自发型自组装是指多肽溶解在水溶液中后, 可以自发地形成组装体. 如Zhang 等报道的由精氨酸 (R)残基、天冬氨酸(D)残基和丙氨酸(A)残基交替排列的离子互补型RAD16系列肽[6~8, 22]以及可以自组装形成纳米管、囊泡等结构的脂质体型小分子多肽[23, 24]. 触发型多肽自组装是指通过改变外界环境如温度、pH 、离子浓度等引导的自组装. 目前大部分的多肽自组装研究集中在触发型自组装, 因为这类自组装具有可逆性, 为多肽自组装技术的潜在应用提供了良好的可控性. 目前已报道的触发型多肽自组装主要包括温度敏感[25, 26]、pH 敏感[27, 28]、光敏感[29, 30]以及配体-受体敏感[31, 32]等类型的自组装. 事实上, 无论是自发型还是触发型, 其自组装都是基于二级结构如α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet )的形成或者其自身分子结构的两亲性. 本文从多肽二级结构的转变以及其自身结构的两亲性逐一阐述多肽自组装的机理、自组装体的形貌及其应用.2 基于二级结构形成的多肽自组装多肽的一级结构即为自身的化学结构, 当把多肽溶解在水溶液中, 多肽分子可以自发或触发地向二级结构转变. 这种空间构象的转变往往导致多肽自组装行为的发生. 多肽自组装过程中常见的二级结构主要包括α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet )、β-发夹(β-hairpin )等.2.1 α-螺旋(α-Helix )α-螺旋是多肽类分子主要的二级结构, 空间上表现为多肽链段上肽键通过氢键作用形成的单一的螺旋结构(图1(a)). 在构建α-螺旋结构时, 由于每一个螺旋状的旋转需要大约3.6个氨基酸残基, 因此多肽链段上3到4个氨基酸残基组成的多肽片段需要具有类似的化学性质, 如亲疏水性等. 由于α-螺旋的热动力学不稳定性, 在溶液中往往难以稳定的螺旋形式图1 多肽α-螺旋空间结构(a)以及Acetyl-EA C ARVAibAA C EAAARQ-NH 2肽[33](b)、FK-4-X 和FK-11-X 肽[37](c)光敏感自组装行为示意图中国科学: 化学 2011年 第41卷 第2期223存在. 因此, 稳定α-螺旋构象对于此类多肽的自组装研究具有极其重要的意义. 常用的方法有化学交联在α-螺旋结构中同一侧面的氨基酸残基、氢键配对、金属配位以及盐桥作用等[28, 33~41]. 例如, Kumita 等[33]利用多肽固相合成技术得到了含有两个半胱氨酸(C)残基的十六肽(acetyl-EA C ARVAibAA C EAAARQ- NH 2, 两个半胱氨酸残基分别位于i 和i +7位). 如图1(b)所示, 用含有偶氮苯基团的交联剂对两个半胱氨酸残基进行交联后, 由于在光照的条件下偶氮苯基团可以实现反式到顺式的转变, 导致该肽在水溶液中的α-螺旋结构大大增加并趋于稳定, 这样也使得其自组装行为具有光敏感特性. 同时, 他们还进一步研究了两个半胱氨酸残基分别位于i 和i +4位(acetyl- EAAAREA C ARE C EAARQ-NH 2, FK-4-X)以及i 和i + 11位(acetyl-EA C AREAAAREAA C RQ-NH 2, FK-11-X) 的两种肽的自组装行为[34]. 通过含有偶氮苯基团的交联剂对两个半胱氨酸残基进行交联, 顺式的偶氮苯基团有利于FK-4-X 肽在水溶液中形成稳定的α- 螺旋结构, 而反式的偶氮苯基团则有利于FK-11-X 肽在水溶液中形成稳定的α-螺旋结构(图1(c)). Mihara 等[42]设计合成了Ac-AAEALLKAHAELLAKA- AGGGC-NH 2二十一肽. 在水溶液中, 多肽链段上谷氨酸(E)残基和赖氨酸(K)残基间的盐桥作用在一定程度上能够稳定α-螺旋结构. 同时该种多肽结构上半胱氨酸残基可以通过二硫键交联形成二聚的H2α-17肽. 这种新形成的H2α-17肽结构中的两个组氨酸(H)残基通过与血红素识别形成金属配位桥联的平行α-螺旋链, 导致α-螺旋的稳定性显著增强, 能够自组装形成稳定的纳米聚集体. 另外Lee 等[43]巧妙地利用多肽分子的β-折叠(β-sheet )结构来增强和稳定α-螺旋构像. 研究发现, 孤立的AAAAKAAAAK 多肽片段在水溶液中只有部分形成α-螺旋结构, 而将AAAAKAAAAK 多肽片段与WKWEWKWEW 多肽片段相连形成环状多肽后, WKWEWKWEW 多肽片段形成的β-折叠有序排列能够有效地诱导AAAAK- AAAAK 多肽片段形成稳定的α-螺旋结构, 从而使得该环肽在水溶液中组装成纳米棒、球状纳米粒子等结构.除了α-螺旋, 近年来研究发现, 部分多肽的自组装是基于多股α-螺旋即卷曲螺旋(coiled-coil)的超二级结构[15, 16, 44~46]. 其空间上表现为两股或多股α-螺旋结构之间通过氢键作用、静电作用以及疏水性作用形成的超螺旋结构. 用于构建卷曲螺旋结构的多肽分子结构中正常含有3到4个由7个氨基酸残基组成的基本重复单元(图2(a)中的a~g). 其中, a, d, e, g 四图2 (a)多肽卷曲螺旋超二级结构; (b)含有SGDLENEVAQLEREVRSLEDEAAELEQKVSRLKNEIEDLKAE 序列的七十二肽形成的卷曲螺旋结构[47]; (c)该七十二肽在pH 为4.5, 7.4以及11.2水溶液的圆二色谱图(208, 222 nm 为α-螺旋特征峰)[50]; (d)该七十二肽与金纳米粒子键合后的透射电镜图[51]许小丁等: 多肽分子自组装224个位置上的氨基酸残基之间的相互作用是构建卷曲螺旋模型的内在作用力; a, d 两个位置上氨基酸残基之间的作用力为疏水性作用, 而e, g 两个位置上氨基酸残基则可以通过静电作用来达到调节卷曲螺旋结构内核的疏水性强弱. 因此, 如果改变外界的pH 值, e, g 两个位置的氨基酸残基可以进行质子化, 它们之间的静电排斥作用使得卷曲螺旋结构趋于不稳定. 事实上, 很多研究表明基于卷曲螺旋结构的多肽自组装都具有pH 敏感性[47~50]. 例如, Stevens 等[50]合成了一种含有半胱氨酸端基的七十六肽, 其中42个氨基酸序列(SGDL E N E VAQL E R E VRSL E D E AAEL E Q K VSRL K N E IEDL K A E )可以形成卷曲螺旋结构. 如图2(b)所示, 由于d 位置是亮氨酸(L)残基而e, g 两位置为谷氨酸(E)残基, 在酸性水溶液中(pH 4.5), 该肽可以形成卷曲螺结构, 而且e, g 两位置上谷氨酸残基间氢键作用可以稳定卷曲螺旋结构, 使得该肽可以自组装形成纳米纤维. 使用圆二色谱仪跟踪监测时发现(图2(c)), 升高溶液的pH 值至中性(pH 7.4)或碱性(pH 11.2)后, e, g 两位置上谷氨酸残基质子化, 它们之间的静电排斥作用使得卷曲螺旋结构趋于不稳定, 会破坏自组装形成的纳米纤维结构. 基于上述的pH 敏感性, 他们更进一步利用半光氨酸端基上的巯基与金纳米粒子共价键结合[51]. 在中性条件下(pH 7.4), 由于卷曲螺旋结构不稳定, 金纳米粒子均匀分散在水溶液中; 而在酸性条件下(pH 4.5), 多肽的自组装可以使金纳米粒子迅速在纤维表面聚集, 达到还原金的目的(图2(d)).与Stevens 等不同, Woolfson 等在保持d 位置为亮氨酸(L)残基的基础上, 在e, g 两位置上引入谷氨酸(E)以及赖氨酸(K)残基, 得到一系列离子互补型二十八肽(图3(a))[52]. 在中性水溶液中, 这一系列肽可以利用e, g 两位置上谷氨酸以及赖氨酸残基之间静电吸引作用构建稳定的卷曲螺旋结构, 并自组装形成纳米纤维. 升高溶液的离子浓度后, 谷氨酸以及赖图3 (a)卷曲螺旋结构中e, g 两位置上位谷氨酸(E)以及赖氨酸(K)残基的几种多肽[52]; (b)SAF-p1和SAF-p2a 两种肽共同自组装形成的微米级纤维透射电镜图[53]; (c)SAF-p1和SAF-p2a 两种肽在自组装过程中初始形成的原纤维表面异性电荷的静电吸引作用示意图[54]中国科学: 化学 2011年 第41卷 第2期225氨酸残基上的电荷被屏蔽, 卷曲螺旋结构转变为无规卷曲, 进而破坏了纳米纤维自组装结构. 在此基础上, 他们还进一步研究发现, 卷曲螺旋结构中b 位置分别为天冬氨酸和精氨酸的两种肽(图3(a)中SAF-p1和SAF-p2a)可以在水溶液中共同自组装形成稳定的微米级纤维(图3(b))[53, 54]. 通过高倍透射电镜观测可以发现这些微米级纤维是由很多个纳米纤维定向聚集而成. 其聚集的驱动力是SAF-p1和SAF-p2a 两种肽在自组装过程中初始形成的原纤维表面异性电荷的静电吸引作用(图3(c)).2.2 β-折叠(β-Sheet )β-折叠也是多肽类分子常见的二级结构, 空间结构表现为多肽链段通过平行(称为平行β-折叠)或反平行(称为反平行β-折叠)方式排列形成的薄片, 其内部作用力主要为多肽链段上肽键间的氢键作用(图4(a)). 在众多的多肽自组装研究中, 反平行β-折叠结构居多. 这是因为反平行β-折叠结构中多肽链段之间氢键距离(图4(b))相对平行β-折叠中氢键距离较短(图4(c)), 氢键作用相对较强. 研究表明, 许多疾病, 如Alzheimer 和Parkinson 等与体内蛋白β-折叠空间结构所导致的沉淀聚集有关[55~57]. 基于β-折叠的多肽自组装研究很多, 其中以亲疏水氨基酸残基相互穿插构成的多肽居多, 一个典型代表为Lego 肽[6~8, 58~63]. 这种肽由极性和非极性氨基酸残基交替排列组成, 类似Lego 玩具上凸出的栓和凹陷的孔洞而得名. 由于Lego 肽这种规则的分子结构(极性和非极性氨基酸交替排列), 多肽链段易在空间上通过氢键作用相互排列堆积形成β-折叠的二级结构. Yokoi 等[22]设计了由带正电荷的精氨酸(R)残基、带负电荷的天冬氨酸(D)残基和不带电荷的丙氨酸(A )残基交替排列的RADA16-I 肽([COCH 3]-RADARADARADARA-DA- [CONH 2], 图4(d)). 如图4(e)所示, 在水溶液中, 疏水的丙氨酸残基迅速彼此靠拢聚集以降低体系的能量, 而能够电离的天冬氨酸残基和精氨酸残基则通过静电作用相互吸引排列在组装体的外层. 由于丙氨酸残基是靠疏水作用力相结合, 而非化学键键合, 丙氨酸残基可以横向滑移以减少其与水分子的接触,图4 (a)多肽β-折叠二级结构; (b)多肽β-折叠二级结构中平行氢键作用; (c)多肽β-折叠二级结构中反平行氢键作用; (d)Lego 型RADA16-I 肽分子3D 模拟结构[22]; (e)Lego 型RADA16-I 肽自组装过程中丙氨酸残基横向滑移形成规整的具有β-折叠结构的纳米纤维[22]许小丁等: 多肽分子自组装226最终使肽链的疏水面完全契合形成规整的具有β-折叠结构并自组装形成纳米纤维. 目前, RADA16-I 肽已经商品化(PuraMatrix), 应用于多种组织和细胞培养[8, 62, 63].除了上述RADA16-I 肽, Lego 肽还有大量其他的 分子结构. 例如, Rapaport 等[64]报道的Pro-Glu-(Phe- Glu)n -Pro (n = 4, 5或7)肽, 由带负电荷的亲水谷氨酸残基Glu 和疏水的苯丙氨酸残基Phe 构成, 在空气和水的界面能以β-折叠的结构自组装形成单分子层. 类似的, Kamm 等[65~67]合成的八肽FKFEFKFE(KFE8)中, 赖氨酸(K)残基带正电荷, 谷氨酸(E)残基带负电荷, 而苯丙氨酸(F)残基不带电荷, 组成了典型的亲疏水交替肽. 通过实验观测与模拟计算发现, KFE8肽能够以双螺旋状β-折叠结构自组装形成较规则的纳米纤维. 在pH 值为4时, 纳米纤维可以在水溶液中迅速相互缠绕形成KFE8肽的超分子凝胶. Epand 等[68]报道的Ac-(LeuLysLysLeu)5-NHEt 和Ac-(LysLeu)10- NHEt 肽也能够在水溶液中以β-折叠结构自组装形成纳米纤维.除了自组装形成纳米纤维外, 研究发现多肽分子还可以利用其β-折叠的二级结构自组装形成纳米管, 囊泡等组装体. 例如, Ghadiri 等[5]最早设计并合成的含有8个氨基酸残基的环肽(cyclo -[(L -Gln-D - Ala-L -Glu-D -Ala)2-]), 如图5(a)所示, 通过交替改变分子结构中丙氨酸残基的空间构象(L 型和D 型). 该环肽可以在水溶液中自组装形成具有β-折叠结构的纳米管. Couet 等[69]在环肽cyclo -(L -Lys-D -Ala-L -Asp- D -Ala-L -Lys-D -Ala-L -Lys-D -Ala)结构上引入异丁基溴功基. 在水溶液中, 该种环肽可以自组装形成具有β-折叠结构的纳米管. 如图5(b)所示, 由于异丁基溴功基分布在纳米管的表面, 该种纳米管可以作为模板进行原子转移自由基聚合(ATRP), 形成一种多肽-聚合物复合纳米材料. Reiriz 等[70]利用固相合成技术将C 60接到含有八个氨基酸残基的环肽上. 如图5(c)所图5 (a)Ghadiri 等最早设计并合成的环肽(cyclo -[(L -Gln-D -Ala-L -Glu-D -Ala)2-]自组装形成具有β-折叠结构的纳米管[5]; (b)含有异丁基溴功能基的cyclo -(L -Lys-D -Ala-L -Asp-D -Ala-L -Lys-L -Ala-L -Lys-D -Ala)环肽自组装形成具有β-折叠结构的纳米管并引发N -异丙基丙烯酰胺聚合形成多肽-聚合物复合纳米材料[69]; (c)共价键结合C 60的环肽在水溶液中自组装形成含有单层C 60的纳米管[70]中国科学: 化学 2011年 第41卷 第2期227示, 在水溶液中该肽能够利用其β-折叠结构自组装形成含有单层C60的纳米管. 近年来, 由环肽利用其β-折叠结构自组装形成的纳米管在生物传感器[71]、光器件[72]以及电化学器件[73]等方面都有着广泛的应用.研究表明, 不仅单一的多肽链段能够以β-折叠结构进行自组装, 两种或多种多肽也可通过分子间的非共价键相互作用共同自组装形成具有β-折叠结构的组装体. Ramachandran 等[74, 75]分别研究了阳离子型acetyl-KWKVKVKVKVKVKVK-NH 2-(KVW15)、acetyl-WKVKVKVKVK-NH 2(KVW10)肽以及阴离子型acetyl-EWEVEVEVEV-NH 2(EVW10)肽在水溶液中的自组装行为. 把阳离子型和阴离子型肽简单地混合在水溶液中后, 分子间静电吸引作用可以使两种多肽分子结合在一起, 并共同自组装形成具有β-折叠结构的纳米纤维. 相对于单一阳离子型或阴离子型肽的自组装, 这种共同自组装并未改变溶液的pH 值和盐浓度, 因此在组织工程支架材料领域具有潜在的应用前景.2.3 β-发夹(β-Hairpin)β-发夹是多肽二级结构β-turn(β-转角)的衍变, 类似于β-折叠结构, 是由Schneider 等[76]提出的一种多肽结构模型. 空间结构表现为多肽链段上氨基酸残基通过氢键作用形成的U 形弯曲. 构建β-发夹结构要求多肽链段中必须含有能够发生弯曲的氨基酸序 列, 常见的是脯氨酸-甘氨酸(Pro-Gly)或者脯氨酸-苏氨酸(Pro-Thr)序列. Schneider 等利用多肽的固相合成技术先后制备了MAX1-7七种可以形成β-发夹结构的多肽(图6(a)). 在这些多肽分子结构中, 亲水性的赖氨酸(K)残基和疏水性的缬氨酸(V)氨基交替排列. 在酸性条件下, 质子化的赖氨酸残基之间的静电排斥作用使多肽分子不能形成β-发夹结构. 升高溶液的pH 值或增加溶液的离子浓度屏蔽静电排斥作用后, 多肽则可以形成以赖氨酸残基为内面、缬氨酸残基为外面的β-发夹结构, 并进一步利用其缬氨酸残基外面的疏水性作用自组装形成纳米纤维(图6(b))[76~78]. 由于MAX 系列肽可以在细胞培养液DMEM 中自组装形成多肽凝胶, 因而可以作为细胞生长支架材料[75]以及药物控释载体[80]. 同时, 由于MAX 系列肽中存在可电离的赖氨酸残基, 由MAX 系列肽构成的多肽凝胶还具有一定的抑菌功能[81]. Schneider 等还进一步对MAX 系列肽 进行化学修饰, 使得它们的自组装行为具有光[29]、温图6 (a)可以形成β-发夹空间结构的MAX1-7系列肽[76~78]; (b)MAX 系列肽通过构建β-发夹空间结构自组装形成纳米纤维和多肽凝胶[76]度[82]等敏感特性.3 基于两亲性分子结构的多肽自组装两亲性分子与水分子相互作用时倾向于将其亲水段裸露在外围与水分子形成交界面, 疏水段则向内聚集. 在多肽的自组装研究中, 研究人员将传统的两亲性概念引入到多肽自组装体系中. 常用的手段是将疏水性的基团引入到多肽链段的一端, 这样得到的多肽衍生物类似于表面活性剂或脂质体, 通常称之为两亲性多肽(peptide amphiphile). 相对于前面所述的利用多肽空间结构转变的自组装, 两亲性多肽需要的多肽链段相对较短, 例如在简单的甘氨酸-甘氨酸(GG)二肽一端引入9-芴甲氧羰基(FMOC)就可使其自组装形成纳米纤维[31]. 目前常用的疏水性基团主要包括脂肪族烷基链和芳香族功能基.3.1 以脂肪族烷基链为端基的两亲性多肽自组装 Kunitake 等最早提出了两亲性多肽的概念[83]. 如7(a)所示, 这种两亲性多肽包括一个疏水性的尾部(由一个或多个脂肪族烷基链组成)、连接区、间隔区许小丁等: 多肽分子自组装228以及亲水性的头部(由多肽链段组成). 连接区将疏水性尾部与亲水性头部相连, 而间隔区增加二者之间连接距离, 以避免头尾两部分在自组装过程中相互干扰. 这种两亲性多肽能在水溶液中进行亲水段向外、疏水段向内的有序排列. 通过合理调控其结构中四部分的成分以及长短可以得到胶束、囊泡、单层膜、纳米纤维、纳米管、纳米盘等组装体[12, 13, 84]. Gore 等[85]设计合成了类似于胶原蛋白三螺旋结构的两亲性多肽(图7(b)), 并研究疏水性烷基链长短、数目以及温度对该肽自组装行为的影响. 结果表明, 具有单个疏水性烷基链的两亲性多肽可以在水溶液中自组装形成球状胶束. 含有两个C12或C14疏水性烷基链的两亲性多肽同样可以自组装形成球状胶束(图7(c)); 增长两个疏水性烷基链长度至C16或C18时, 两亲性多肽可以自组装形成盘状胶束, 而且这些盘状胶束在室温下可以相互堆积形成绳状组装体(图7(d)). 此时, 升高体系的温度并冷却至室温后, 绳状组装体消失, 取而代之的是球状胶束.近年来, 许多研究人员对Kunitake 等提出的两亲性多肽概念进行简化并发现许多只有疏水性烷基链和亲水性的多肽链段组成的两亲性多肽也可以进 行自组装. 如图8(a)所示, 这类两亲性多肽可以通过烷基链的疏水性作用以及多肽链段的氢键作用(β-折叠二级结构)在水溶液进行自组装, 形成的组装体绝大部分为纳米纤维(由于这些纳米纤维具有规整的疏水性内核和亲水性外壳, 可称之为纤维状胶束[12]). Stupp 等对这一类型的两亲性多肽进行了系统、深入的研究, 包括在多肽链段中引入具有生物活性氨基酸序列, 例如具有细胞粘附特性的线性和环状精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列[13, 86~89], 以及能够促进神经突生长的异亮氨酸-赖氨酸-缬氨酸-丙氨酸-缬氨酸序列(IKVAV)[90~92]. 他们还针对这类两亲性肽的自组装形态, 采用计算模拟辅以实验观察的方式绘制出形态转变的“相图”[93, 94](图8(c)), 研究此类两亲性多肽分子在水溶液中的自组装形态变化与分子间作用力、溶液pH 值、溶液盐离子浓度等之间的关系, 较直观地阐述了两亲性多肽在不同条件下的自组装形态及结构模型. Paramonov 等[95]对肽链上N-甲基化进行修饰来调控氢键数目, 研究氢键作用对这类两亲性多肽自组装行为的影响. 研究发现, 减少肽链片段间的氢键作用将会使分子不易形成纳米纤维, 而更倾向于形成球形纳米胶束. 我们也考察了不同图7 (a)Kunitake 等两亲性多肽的结构模型[83]; (b)类似于胶原蛋白三螺旋结构的几种两亲性多肽分子结构[85]; (c), (d)该系列两亲性多肽自组装形成的组装体透射电镜图[85]中国科学: 化学 2011年 第41卷 第2期229图8 (a)由疏水性烷基链和亲水多肽链段组成的两亲性多肽自组装机理[12]; (b)计算模拟该类两亲性肽自组装结构 (εHH )相图, 其中各个区域分别代表自由分子(A)、球形胶束(B)、外围为β-折叠冠状结构的胶束(C)、圆柱状长纤维(D)、平行堆积β-折叠(E)、单层β-折叠(F)以及无规聚集体(G)[93, 94]的疏水性端基、氨基酸序列以及溶液的pH 对这一类型两亲性多肽自组装行为的影响[96, 97]. 研究发现, 在中性或碱性水溶液中, 由于两亲性多肽电离而存在静电排斥作用, 具有较短疏水性烷基链或较大体积疏水性端基(如FMOC 功能基)的两亲性多肽更加倾向于形成球状纳米胶束或囊泡, 其自组装行为与离子型表面活性剂类似. 对于具有较长疏水性烷基链的两亲性多肽, 由于其较强的疏水性作用有效抑制静电排斥作用, 两亲性多肽更加倾向于形成纳米纤维结构(图9(a)).含有疏水性烷基链的两亲性多肽除了可以自组装得到各种功能性多肽材料, 研究人员还在其多肽链段中引入带正电的氨基酸残基如精氨酸R 和赖氨酸K, 制备可以携带DNA 的两亲性多肽基因载体[98~100]. 相对于传统的基因载体, 如25 kDa 聚乙烯亚胺(PEI), 两亲性多肽基因载体可以有效降低载体毒性和提供靶向性. 我们[101]制备了一系列含有跨膜肽(8个连续的精氨酸序列)的两亲性多肽基因载体. 这些两亲性多肽能够与DNA 复合并共同自组装形成纳米组装体(图9(b)). 其基因转然效率随着疏水性烷基链的增长而显著增加. 其中含有RGD 靶向基团C 17H 35-CONH- GR 7RGD 肽负载DNA 的转染效率与25 kDa PEI 相当. Liu 等[102]将疏水性的烷基链改为胆固醇并在多肽链段引入TAT 肽(6个连续的精氨酸序列), 得到一种新型的两亲性多肽基因载体(图9(c)). 研究表明该两亲性多肽可以与DNA 紧密的复合, 并表达出较高的转染效率达到抗菌的效果. Tarwadi 等[103]采用带正电荷的赖氨酸K 、具有pH 缓冲作用的组氨酸H 以及可以通过氧化交联的半胱氨酸C 与一条烷基链构成两亲性肽. 研究表明, 其中的两种肽PalCK 2H 2和PalCK 3H 2(Pal: palmitoyl fatty chain C 16)可较好地复合DNA, 且转染效率较高, 能够有效地在细胞中进行基因传递. 而且通过调节组氨酸和赖氨酸的比例以及在多肽链段上的排列顺序, 还可进一步提高转染效率.除了上述含有疏水性尾部和亲水性头部的两亲。
智能多肽自组装纳米材料
智能多肽自组装纳米材料
智能多肽自组装纳米材料是一种利用多肽（由氨基酸组成的短链蛋白质）分子间相互作用的特性，通过自组装形成纳米级别的材料结构的方法。
智能多肽是指具有特定序列的氨基酸链，在特定条件下能够通过分子间相互作用（如氢键、静电作用力等）发生自组装行为的多肽。
多肽分子的自组装可以形成不同形状和结构的纳米材料。
智能多肽自组装纳米材料具有许多优点，包括：
1. 可控自组装：通过调节多肽的序列和环境条件，可以控制自组装过程和生成的纳米结构。
2. 高度可编程性：多肽序列的设计和改变可以控制纳米材料的性质，如形状、大小、表面性质等。
3. 生物相容性：由于多肽是生物来源的分子，多肽自组装纳米材料通常具有良好的生物相容性和生物可降解性。
4. 多功能性：通过在多肽序列中引入功能性基团，可以赋予纳米材料多种功能，如药物传递、成像、组织工程等。
智能多肽自组装纳米材料在许多领域有着广泛应用，包括药物传递、生物成像、组织工程、传感器等。
这些纳米材料具有良好的可控性和生物相容性，能够实现精确的靶向输送和检测，对于解决生物医学领域中的问题具有重要的潜力。
表面活性剂类多肽A6KA6K的自组装及机理研究
表面活性剂类多肽A6KA6K的自组装及机理研究马鑫;孟庆斌;寇莹莹;梁远军;郭磊;倪才华;刘克良【摘要】设计合成了一种表面活性剂类多肽A6K的二倍体A6KA6K.圆二色谱分析表明,其二级结构主要为无规则卷曲结构并伴有少量的α-螺旋;透射电子显微镜和动态光散射分析表明,其在水溶液中能自组装形成纳米囊泡状结构.芘荧光分子探针研究结果表明,自组装体存在的疏水微区域将芘分子包裹在其中,证明这种多肽在溶液中可形成胶束类的自组装体,并计算了其临界胶束浓度,与已报道的表面活性剂类多肽AbK相比,所设计的肽序列A6KA6K由于在较长的疏水链段区域中存在亲水性氨基酸K,对疏水相互作用有影响,使得含有14个氨基酸的肽自组装形成纳米囊泡状结构.%A diploid A6KA6K of surfactant-like peptide A6K was designed to study the influence on the length and ratio of the hydrophilic and hydrophobic segments in the peptide self-assembly. The secondary structure of the A6KA6K was mainly random coil and minor a-helix, which was characterized by circular dichroism. The results observed by transmission electron microscopy and dynamic light scattering revealed that the peptide could self-assemble to form nanovesicles in aqueous solution. Pyrene probe fluorescence analysis indicated this peptide could form hydrophobic domains in which pyrene molecules were imbedded and undergo self-assembly in the form of micelles. The critical micelle concentration of the peptide was also calculated. Compared with the surfactant peptide A6K reported previously, the longer peptide A6KA6K containing 14 amino acids could form nanovesicles through self-assembly, because the introduction of a hydrophilic amino acid into the hydro-phobic segment of the peptide influenced the hydrophobic interaction of the peptide.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2011(032)008【总页数】5页(P1774-1778)【关键词】表面活性剂类多肽;自组装;荧光探针;纳米囊泡【作者】马鑫;孟庆斌;寇莹莹;梁远军;郭磊;倪才华;刘克良【作者单位】江南大学化学与材料工程学院,无锡214122;军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850;北京大学药学院药学系,北京100191;军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850;军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850;军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850;江南大学化学与材料工程学院,无锡214122;军事医学科学院毒物药物研究所,北京100850【正文语种】中文【中图分类】O629.72多肽分子自组装在生物体及自然界中广泛存在．近年来，研究者通过对多肽在分子水平上的精心设计来调控其聚集态的形状和结构，使其自组装得到某些功能性的结构体，期望得到具有特定功能的纳米级材料．这种材料以其良好的功能性、生物相容性和无毒易降解等性能，在生物活性肽类药物和生物医用材料等方面有着巨大的应用潜力［1～7］．在多肽自组装材料中，表面活性剂类多肽具有与天然脂质分子相类似的两亲性结构，是近年来的研究热点［2，8～10］．传统的表面活性剂类多肽一般由4～8个疏水氨基酸组成疏水区，由1～2个亲水性氨基酸构成亲水区，其中研究较多的短肽Ac-AAAAAAKNH2(A6K)头部的1个亲水性赖氨酸带有正电荷，与尾部6个丙氨酸构成疏水链的表面活性剂短肽，这种短肽能在水溶液中形成纳米管状结构［8，11］，这些纳米管可吸附一些带负电荷的药物，在作为药物载体等方面有着潜在的应用前景．表面活性剂类短肽自组装形成纳米结构的作用机理一直是研究热点．在文献［8，9，11］的报道中，表面活性剂类短肽以亲水端暴露于水相，而疏水端相互靠近有规则排列形成双层分子管状结构．多肽分子的构型及分子间微小的协同作用力是自组装形成规则结构的重要因素［8～12］．对于表面活性剂类多肽自组装的研究报道主要以6～8个氨基酸的较短序列为主．Lu等［11］的研究发现，改变A6K的疏水链段长度会对其自组装形成纳米结构的形貌和尺度产生较大影响．另外，多肽的二级结构也会影响其自组装形成的纳米结构，具有α-螺旋倾向的疏水尾部易形成规则的自组装体［13］．因此，若要得到结构更为规整的自组装纳米结构，设计肽序列时不仅要考虑疏水链段对它的影响，还应考虑其二级结构对自组装的影响．在对A6K自组装研究的基础上，我们设计了A6K的二倍体分子Ac-AAAAAAKAAAAAAKNH2(A6KA6K)，与A6K相比，该肽亲疏水氨基酸比例与之相同，但氨基酸数目却增加了1倍．由于序列中丙氨酸的数量增多，分子链增长，将使A6KA6K的二级结构具有α-螺旋倾向［14］，且分子间疏水作用力增强，预期会形成更规整的自组装体结构．另外，A6KA6K疏水区域中存在的亲水性氨基酸K保持了亲疏水氨基酸的比例，使之不易因疏水链段过长而导致溶解性太差．本文通过对A6KA6K自组装结构的表征和自组装机理的研究，证实了这种表面活性剂类多肽具有较规整的自组装结构，有望在药物输送载体等方面得到应用．1．1 试剂与仪器Rink酰胺树脂(载量0.47 mmol/g，天津南开和成科技有限公司);Fmoc-Lys(Boc)-OH和Fmoc-Ala-OH(成都诚诺生物有限公司);其它试剂均为分析纯试剂．CEM微波多肽合成仪(美国CEM公司);Shimadzu 10A型高效液相色谱仪(日本岛津株式会社); C18液相色谱柱(4.6 mm×150 mm，日本资生堂);Free-Zone 18 L 型冷冻干燥机(美国Labconco公司); API3000型液相质谱联用仪(美国AB公司);SP1型Flash中压纯化系统(美国Biotage公司); C18中压色谱柱(天津艾杰尔公司);Milli-Q纯水机(美国MilliPore公司);MOS-450型圆二色光谱仪(法国BioLogic公司);H-7650型透射电子显微镜(日本Hitachi公司);ZS-90型激光粒度分析仪(英国Malvern公司);LS-55型荧光分光光度仪(美国Perkin Elmer公司)．1．2 实验过程1．2．1 多肽的合成与纯化所设计的多肽序列 Ac-AAAAAAKAAAAAAK-NH2(A6KA6K)及Ac-AAAAAAK-NH2(A6K)的结构式见图1．使用CEM微波多肽合成仪，采用Fmoc策略固相合成方法［15］，合成了目标肽树脂．以三氟醋酸/间甲酚/水(体积比90∶5∶5)混合溶液作为裂解液，于冰浴下搅拌0.5 h，常温下搅拌1 h裂解后，冻干得到粗肽．将冻干后的粗肽用中压纯化系统进行纯化，得到的纯肽纯度大于95%(HPLC)，质谱测得分子量为1169(M+1)．将纯肽干粉用超纯水配制成1.0和0.2 mg/mL的肽溶液，于4℃冰箱中放置7 d以上．1．2．2 CD谱测定取200 μL 0.2 mg/mL的A6K及A6KA6K肽溶液置于1 mm 吸收池中进行CD扫描，扫描波长范围为190～270 nm．1．2．3 TEM测定吸取20 μL 1 mg/mL的A6K及A6KA6K纯肽溶液滴于覆盖碳支持膜的铜网上，停留30 s后用滤纸吸干，然后用饱和醋酸铀染色5 min，在空气中挥发干水分后进行TEM测试［14］．1．2．4 粒度测定将去离子水通过0.2 μm的PALL水相滤膜，用其配制1.0 mg/mL A6KA6K及A6K肽溶液，用于粒度分析测试．测试散射角为90°，温度为25℃．1．2．5 荧光光谱测定将重结晶2次的芘晶体用乙醇配制成浓度为2 mmol/L的溶液，取1.0 μL该溶液加入到1.0 mL不同浓度的A6KA6K及A6K溶液中，混合均匀后用于荧光光谱测定．另外，取1 μL芘溶液加入到1.0 mL超纯水中混合均匀，作为对照样品．荧光光谱用荧光分光光度计在25℃下测定，激发波长为334 nm，扫描范围360～440 nm，扫描速度300 nm/min［16，17］．2．1 多肽的结构分析以A6K作为对照，通过圆二色光谱研究了多肽的二级结构特征(见图2)．在A6K 的CD谱中，在195及222 nm处有2个负峰，说明其二级结构以无规则卷曲为主．在A6KA6K的CD光谱中，在201及220 nm处有2个负峰，在190 nm处存在1个正峰，虽与典型的α-螺旋构型特征峰值有所偏差，但可判断其中含有部分α-螺旋构型．这可能是因为其中丙氨酸的数量较多，丙氨酸具有较强的α-螺旋构型倾向，而A6KA6K在长度上也比A6K多出1倍，相对较短的A6K来说可以稳定其形成的α-螺旋构型．2．2 A6KA6K的自组装结构图3为A6K自组装体和A6KA6K自组装体的TEM照片．A6K形成的纳米管状结构与文献［11］报道的结果一致，而A6KA6K则形成了囊泡状结构．其中A6K形成的纳米管管径约20 nm，而A6KA6K形成的纳米囊泡粒径约为50～100 nm．虽然A6KA6K与A6K的长度不同，但它们所含亲疏水氨基酸的比例是相同的，都可形成稳定的自组装体．二者都有一个赖氨酸位于多肽的一端，A6KA6K 的疏水部分包括12个丙氨酸和中间的1个赖氨酸，其形成的规则囊泡状结构可能是由于其疏水端的相互作用受到中间的1个赖氨酸的影响，赖氨酸的侧链氨基在中性环境时所带的正电荷之间产生的排斥力影响了其形成更紧密的自组装体．实验中，还尝试进行了A13K的合成及自组装研究．当A6KA6K的1个赖氨酸替换成丙氨酸后，多肽不溶于水，说明中间的赖氨酸也对多肽起着亲水调节作用．据文献［11］报道，可自组装的AnK系列肽疏水尾部丙氨酸的数量最多为9，而A13K因疏水链段过长导致疏水相互作用力过强，多肽在水中以聚集体形式存在，不能溶于水．图4为采用动态激光光散射测得的A6K和A6KA6K溶液的粒径分布图．可见，A6K在50～65 nm和190～310 nm处出现2个峰，A6KA6K在10～25 nm和45～270 nm处出现2个峰．2个肽单分子处于延展状态时的分子大小分别约为2.8和5.6 nm，粒径分布结果表明，它们都在水溶液中形成了自组装体．结合前面的TEM结果，可进一步证明2种多肽均通过自组装形成高级结构．动态光散射虽不能测出形成的纳米管和囊泡结构的真实粒径和长度，但证明了多肽在溶液中大部分以自组装体的形式存在．由于管的长度、管径以及囊泡的粒径分布不均一，粒径分布图上出现2个峰值且分布较宽．2．3 芘荧光探针检测疏水区域的形成根据上述的TEM及光散射结果推测，多肽可能以胶束形式进行自组装．利用芘荧光探针法证明体系中存在疏水微区域，计算了A6K和A6KA6K的临界胶束浓度．在激发波长为334 nm的条件下，芘溶液有5个峰值的典型荧光光谱(图5)，其中373 nm附近的第一个峰(I1)和383 nm附近的第3个峰(I3)的比值随着环境疏水性的增加而降低．由图6可见，一定浓度的多肽A6K及A6KA6K的I1/I3值均比空白对照样品低，并随着浓度的增加而降低．此结果证明A6K和A6KA6K溶液中都有疏水微区域的形成，且存在相应的临界胶束浓度．通过I1/I3值的变化，可计算出A6K和A6KA6K的临界胶束浓度分别为 2.77和 0.67 mmol/L．与 A6K 相比，A6KA6K的临界胶束浓度较低，在低浓度下即可形成胶束．2．4 A6KA6K的自组装机理根据实验结果可推测，A6KA6K的自组装模式与A6K相似，都是以胶束形式通过亲水疏水相互作用力规整排列形成纳米自组装体结构．整个A6KA6K肽链呈现两亲性，C端的赖氨酸为亲水头部，其余部分为疏水的尾部．由于A13K不溶于水，在其疏水链段中间将一个丙氨酸替换成赖氨酸，增加了疏水性尾部的亲水性，使之溶解于水，赖氨酸的位置在丙氨酸链段的中间，既保持了与A6K相同的氨基酸比例，又不会使连续的丙氨酸数量太多造成局部疏水性过强．A6KA6K多肽疏水性尾部通过疏水作用相互靠近，头部的亲水性赖氨酸暴露在水相中形成胶束．胶束之间通过电荷相互作用、疏水相互作用和氢键等的协同作用形成纳米囊泡状结构．与A6K相比，A6KA6K肽链中氨基酸电荷之间的排斥作用不利于其形成排列紧密的管状结构，而是形成排列相对松散的囊泡状结构，图7为推测的A6KA6K的自组装分子模型．设计并合成了A6K的二倍体分子A6KA6K，其可在水中自组装形成粒径为50～100 nm的规则纳米囊泡状结构．推测其自组装机理与A6K类似，形成内部和表面为亲水性氨基酸，囊泡壁为疏水性区域组成的纳米囊泡状结构．芘荧光探针研究表明，一定浓度的A6KA6K溶液体系具有明显的疏水微区，并测得其临界胶束浓度为0.67 mmol/L．研究结果表明，通过设计多肽二级结构及调控亲疏水性，可以使疏水区域较长的多肽进行自组装．这种自组装多肽为发展更多的多肽自组装材料提供了理论依据与可行性，有望成为新型的特殊药物载体材料．［1］ Zhang S．．Nat．Biotechnol．［J］，2003，21(10):1171—1178 ［2］Hartgerink J．D．，Beniash E．，Stupp S．I．．Science［J］，2001，294(23):1684—1688［3］ Lee K．B．，Park S．J．，Mirkin C．A．，Smith J．C．，Mrksich M．．Science［J］，2002，295(1):1702—1705［4］ CHEN Yuan-Wei(陈元维)，ZHANG Chang-Zhong(张昌中)，LI Tian-Quan(李天全)，WAN Chang-Xiu(万昌秀)．J．Biomed．Eng．(生物医学工程学杂志)［J］，2006，23(1):209—211［5］ MENG Qing-Bin(孟庆斌)，LIU Ke-Liang(刘克良)．Prog．Chem．(化学进展)［J］，2009，21(11):2411—2423［6］ Zhao X．，Zhang S．．Macromol．Biosci．［J］，2007，7:13—22 ［7］ Zhao X．，Zhang S．．J．Mater．Chem．［J］，2004，14:2082—2086［8］ Maltzahn G．，Vauthey S．，Santoso S．，Zhang S．．Langmuir ［J］，2003，19(10):4332—4337［9］ Vauthey S．，Santoso S．，Gong H．，Watson N．，Zhang S．．Proc．Natl．Acad．Sci．USA［J］，2002，99(8):5355—5360 ［10］ Khoe U．，Yang Y．，Zhang S．．Langmuir［J］，2009，25(7):4111—4114［11］ Xu H．，Wang J．，Han S．，Wang J．，Yu D．，Zhang H．，Xia D．，Zhao X．，Waigh T．A．，Lu J．R．．Langmuir［J］，2009，25(7): 4115—4123［12］ QU Wen-Wen(曲雯雯)，TAN Hong-Wei(谭宏伟)，LIU Ruo-Zhuang(刘若庄)，CHEN Guang-Ju(陈光巨)．Chem．J．Chinese Universities(高等学校化学学报)［J］，2007，28(2):307—311［13］ Baumann M．K．，Textor M．，Reimhult E．．Langmuir［J］，2008，24(15):7645—7647［14］ Pace C．N．，Scholtz J．M．．Biophy．J．［J］，1998，75:422—427［15］ WANG De-Xin(王德心)．Solid-phase Organic Synthesis——Principle and Application Guide(固相有机合成——原理及应用指南)［M］，Beijing:Chemical Industry Press，2004:91—95［16］ Feng Q．，Chen Y．，Zhao X．．J．Colloid．Interf．Sci．［J］，2009，336:477—484［17］ CHEN Yong-Zhu(陈咏竹)，QIU Feng(邱峰)，ZHAO Xiao-Jun(赵晓军)．Chem．J．Chinese Universities(高等学校化学学报)［J］，2009，30(7):1337—1347【相关文献】［1］ Zhang S．．Nat．Biotechnol．［J］，2003，21(10):1171—1178［2］ Hartgerink J．D．，Beniash E．，Stupp S．I．．Science［J］，2001，294(23):1684—1688［3］ Lee K．B．，Park S．J．，Mirkin C．A．，Smith J．C．，Mrksich M．．Science ［J］，2002，295(1):1702—1705［4］ CHEN Yuan-Wei(陈元维)，ZHANG Chang-Zhong(张昌中)，LI Tian-Quan(李天全)，WAN Chang-Xiu(万昌秀)．J．Biomed．Eng．(生物医学工程学杂志)［J］，2006，23(1):209—211［5］ MENG Qing-Bin(孟庆斌)，LIU Ke-Liang(刘克良)．Prog．Chem．(化学进展)［J］，2009，21(11):2411—2423［6］ Zhao X．，Zhang S．．Macromol．Biosci．［J］，2007，7:13—22［7］ Zhao X．，Zhang S．．J．Mater．Chem．［J］，2004，14:2082—2086［8］ Maltzahn G．，Vauthey S．，Santoso S．，Zhang S．．Langmuir［J］，2003，19(10):4332—4337［9］ Vauthey S．，Santoso S．，Gong H．，Watson N．，Zhang S．．Proc．Natl．Acad．Sci．USA［J］，2002，99(8):5355—5360［10］ Khoe U．，Yang Y．，Zhang S．．Langmuir［J］，2009，25(7):4111—4114 ［11］ Xu H．，Wang J．，Han S．，Wang J．，Yu D．，Zhang H．，Xia D．，Zhao X．，Waigh T．A．，Lu J．R．．Langmuir［J］，2009，25(7): 4115—4123［12］ QU Wen-Wen(曲雯雯)，TAN Hong-Wei(谭宏伟)，LIU Ruo-Zhuang(刘若庄)，CHEN Guang-Ju(陈光巨)．Chem．J．Chinese Universities(高等学校化学学报)［J］，2007，28(2):307—311［13］ Baumann M．K．，Textor M．，Reimhult E．．Langmuir［J］，2008，24(15):7645—7647［14］ Pace C．N．，Scholtz J．M．．Biophy．J．［J］，1998，75:422—427［15］ WANG De-Xin(王德心)．Solid-phase Organic Synthesis——Principle and Application Guide(固相有机合成——原理及应用指南)［M］，Beijing:Chemical Industry Press，2004:91—95［16］ Feng Q．，Chen Y．，Zhao X．．J．Colloid．Interf．Sci．［J］，2009，336:477—484［17］ CHEN Yong-Zhu(陈咏竹)，QIU Feng(邱峰)，ZHAO Xiao-Jun(赵晓军)．Chem．J．Chinese Universities(高等学校化学学报)［J］，2009，30(7):1337—1347 (Ed．:H，J，K)。
多肽合成原理
多肽合成：细胞中的“工业革命”
多肽合成是一种在细胞中进行的生化过程，是细胞内的“工业革命”。
在多肽合成过程中，多个氨基酸分子通过共价键的形式结合起来，形成具有生物功能的多肽分子。
下面将介绍多肽合成的原理、过程及其应用。
1. 原理
多肽是由氨基酸分子组成的生物大分子，在细胞内有着重要的生物功能。
多肽合成是一种在核糖体内进行的生化过程，其原理是通过tRNA将氨基酸带到核糖体上，然后将氨基酸在核糖体上合成出具有生物活性的多肽分子。
整个多肽合成的过程需要依赖mRNA的信号、tRNA 的运输、氨基酸的选择、核糖体的组装等多个生物分子之间的协作。
2. 合成过程
多肽合成的过程可以分为三个阶段：启动、延伸和终止。
在启动阶段，mRNA信号会与小亚基rRNA结合，同时tRNA会将第一个氨基酸带到rRNA上。
在延伸阶段，tRNA会不断将新的氨基酸带到rRNA上，这些氨基酸会通过共价键进行结合产生肽键。
在终止阶段，新合成的多肽分子会被释放出来，形成最终的多肽生物大分子。
3. 应用
多肽合成的应用非常广泛，可以应用于药物、抗生素、酶、激素、疫苗等生物领域。
此外，多肽合成技术还可以为人们研究蛋白质结构、生物活性及其结构与功能之间的关系提供重要的工具和方法。
总之，多肽合成是一种生物大分子合成的过程，它为细胞内的生
化反应提供了关键的工具和方法，对生物领域的研究有着重要的意义。
多肽合成步骤及原理 封头
多肽合成步骤及原理封头
多肽合成是一种重要的生物化学技术，用于合成蛋白质或肽类化合物。
多肽合成的步骤及原理如下：
1. 保护基团的引入，多肽合成通常从C端向N端进行，首先需要引入保护基团，以保护氨基和羧基，防止它们在反应过程中发生副反应。
常用的保护基团有BOC、FMOC等。
2. 激活羧基，在合成过程中，羧基需要被激活以便于和氨基发生缩合反应。
常用的激活试剂包括DIC、HBTU等。
3. 缩合反应，激活后的羧基和氨基发生缩合反应，形成肽键。
这一步需要在适当的溶剂和温度条件下进行。
4. 去保护，在肽链延长后，需要去除保护基团，使得氨基和羧基重新活化，以便进行下一轮的合成。
5. 纯化和鉴定，合成完成后，需要对产物进行纯化和鉴定，以确保合成的多肽具有预期的序列和纯度。
多肽合成的原理主要是依靠肽键的形成，通过不断重复上述步骤，将氨基酸逐个连接起来，形成目标多肽链。
整个合成过程需要精确控制反应条件和选择合适的试剂和保护基团，以确保合成过程的顺利进行。
希望以上回答能够满足你的需求，如果你还有其他问题，请继续提出。
自组装纳米抗菌肽的设计策略及应用
自组装纳米抗菌肽的设计策略及应用目录一、内容概述 (2)二、自组装纳米抗菌肽概述 (3)三、设计策略 (3)3.1 设计原则与目标 (5)3.2 设计方法 (6)3.2.1 基于天然抗菌肽的改造 (7)3.2.2 合成新型抗菌肽序列 (8)3.2.3 引入功能分子或材料 (9)3.3 设计过程中的关键步骤和注意事项 (11)四、应用 (12)4.1 抗菌材料领域的应用 (13)4.2 生物医疗领域的应用 (14)4.3 农业领域的应用 (16)4.4 其他领域的应用探索 (17)五、研究进展与前景展望 (18)5.1 自组装纳米抗菌肽的研究进展 (19)5.2 面临的挑战与问题 (21)5.3 发展趋势与展望 (22)六、实验方法与技术手段 (23)6.1 实验材料准备与处理 (25)6.2 抗菌肽的制备与表征技术 (26)6.3 抗菌活性测试方法 (28)6.4 细胞毒性及生物安全性评估方法 (29)一、内容概述随着现代医学和生物技术的飞速发展，抗菌剂的研发与应用已成为全球公共卫生领域的重要课题。
面对日益严峻的细菌耐药性问题，开发高效、安全且具备广泛应用前景的抗菌材料成为当前研究的热点。
自组装纳米抗菌肽作为一种新兴的抗菌策略，因其独特的纳米尺度效应、优异的抗菌性能以及良好的生物相容性，受到了广泛关注。
本论文深入探讨了自组装纳米抗菌肽的设计策略及其在医药、农业、食品等多个领域的应用潜力。
通过系统阐述自组装纳米抗菌肽的工作原理、制备方法、改性方法以及生物学评价等方面的内容，旨在为相关领域的研究者提供理论参考和实践指导。
在设计策略方面，论文重点介绍了基于氨基酸序列优化、结构预测与功能化修饰相结合的方法，以实现抗菌肽分子结构的精准调控。
结合纳米技术，探讨了不同形貌纳米抗菌肽的构建及其抗菌效果，为新型抗菌剂的研发提供了有力支持。
在应用方面，论文详细分析了自组装纳米抗菌肽在医疗卫生、农业生产以及食品加工等领域的具体应用案例。
多肽药物研发的新技术与新进展
多肽药物研发的新技术与新进展多肽药物指的是由若干个氨基酸组成的短链肽分子，通常具有较高的生物活性和特异性。
与传统的小分子化合物比较，多肽药物具有更强的选择性和更少的副作用，因此备受研究者的关注。
本文将介绍多肽药物研发的新技术和新进展。
1. 多肽药物的合成技术多肽药物的合成技术是多肽药物研发的关键。
传统的多肽药物合成技术主要是通过逐步合成法来合成肽链。
而随着化学技术的发展，越来越多的新技术被引入到多肽药物的合成中。
1.1 固相合成技术固相合成技术是目前最常用的多肽药物合成技术。
该技术通过将氨基酸和其他的化学试剂固定在聚合物材料上，构建起一个无限长的肽链，最后通过裂解释放出多肽药物。
固相合成技术具有反应条件温和、合成时间短等优点，已经成为多肽药物研发中不可或缺的技术之一。
1.2 仿生合成技术仿生合成技术是一种基于自然系统中肽链的合成方式。
该技术通过设计和构建与天然肽链类似的反应体系，在自然生成的过程中，将肽链与需要的官能团连接起来。
仿生合成技术因其具有天然误差纠正机制，因此可以产生具有更高生物活性的多肽药物。
1.3 贴合合成技术贴合合成技术是利用超分子相互作用的多肽药物合成技术。
该技术通过将多肽药物与分子印迹材料贴合在一起，在贴合的反应中，分子印迹材料可以精确地选择多肽药物中需要的片段，从而实现高效的合成。
2. 多肽药物的药物转运技术多肽药物因其分子量较大、亲水性较强的特性，使得其难以通过细胞膜进入细胞内，这也是多肽药物研发面临的一个难题。
为了解决这个问题，目前也出现了许多新的药物转运技术。
2.1 细胞穿墙肽技术细胞穿墙肽技术是一种将多肽药物合成成大分子化合物，使得其能够穿过细胞膜的技术。
该技术通过合成一种大分子化合物，将多肽药物一同封装在其内部，并且加入足够多的阳离子基团，使得该化合物能够快速通过细胞膜进入细胞内部。
2.2 聚集体技术聚集体技术是一种非常有效的多肽药物转运技术。
该技术通过将多肽药物分子分别提供给聚集体表面的两个大分子上，通过阴、阳离子相互作用能够导致两个大分子自发地结合在一起，同步将多肽药物转移到目标细胞内部。
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右上：全新设计合成多肽单体的分子结构图。其中粉色和绿色分别代表单体两端 的正负电荷。左上：原纤维和纤维的原子力显微镜图。可观察到纤维的形态、直 径和周期。左下：纤维组装的分子结构图。包括单体组装成的tape和tape组装而 成的纤维，各显示了两个周期。右下：纤维与量子点功能化的模式图和获得的原 子力显微镜图。
（如量子点）进行结构修饰，使二者可以特异性结合，使量子点在纤维 上排列，从而实现由散点状的探针标记到线状的探针标记。