多肽合成

在亚纳米尺度上精确控制复杂的纳米结构是一项具有挑战性的任务。在人工体系中，模板导向的自组装是构建可控纳米结构的有效手段。在自然界中，蛋白质及其组装体往往可以利用氨基酸侧链之间的非共价相互作用来调节其多级结构，从而发挥特定的生物功能。受此启发，格拉斯哥大学的LeroyCronin团队以多金属氧酸盐(POMs)中的钼蓝环为研究对象，采用了一系列含组氨酸末端的肽(GH、AH、SH、G2H、G4H、G5H)作为结构导向配体。通过调节钼蓝环内壁上配位键和氢键与氧原子的多重相互作用，在亚纳米尺度上成功实现了纳米环的骨架形状和对称性。

图1：多肽序列对生物杂交钼蓝环结构的精细调控。

钼蓝环是以相同数量的{Mo1}和{Mo2}与特定数量的{Mo8}连接而成的高度对称的纳米环结构，如D7d对称的{Mo154}结构。如图1所示，当{GH}二肽用作导向配体时，四个二肽倾向于在钼蓝环的一侧配位在一起，这使得纳米环的上下配位层不对称极化。其中二肽的C端残基对钼蓝环的反手效应较弱，而N端残基由于距离{Mo2}/Ce取代位点相对较短，具有较强的同手性效应。因此{Mo124Ce4}的螺旋度可以通过改变n端氨基酸种类由δ变为λ，从而成功构建了螺旋度可调的钼蓝环-{Mo124E4(xh)4}，x=g，a，s。

在此基础上，以{G2H}三肽为配体时，由于三肽配体的大小和结合数有限，环的上下配位层中的Ce原子呈现奇数配位且分布不均匀，从而构建了第一个被奇数稀土原子取代的不对称钼蓝环结构-{mo122ce5(g2h)3}。进一步延伸到{G4H}五肽，由于配体体积和结合位点的显著增加，{Mo124Ce4}纳米环在水平方向不对称延伸，形成罕见的水滴结构-{Mo126Ce4(G4H)2}。

通过对上述新晶体结构的分析，发现由于钼蓝环中空腔的大小有限，在含有组氨酸的多肽链N端逐个增加甘氨酸(G)的数目，会使纳米环中配体的结合数从6个逐渐减少到2个。其中，多肽C端羧基与{Mo2}单元的配位键比例逐渐降低(100%→22.2%)，而多肽链中酰胺基与钼蓝环末端氧的多重氢键比例逐渐增加(0%→77.8%)。可见，多重非共价相互作用的调控在亚纳米结构的调控中起着至关重要的作用。

这一系统的研究成果最近以全文的形式发表在综合性化学期刊《化学科学》上，并入选《2020化学科学文章集》。本文的通讯作者是格拉斯哥大学的勒罗伊克伦教授和龙德良教授，第一作者是玛丽·居里学者佘山博士。

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