合成类肽Peptoid：操控类肽的手性 形成三维螺旋纳米结构

“类肽具有广泛应用的潜力，基于它们的组合形状和其他特性，可以将类肽设计为药物递送剂或人工酶。”PNNL的研究人员学会了控制类肽的“手性”，这是精确给药和诊断的一个关键。

　　

材料科学家Chun-Long Chen.说:“正如在阿尔茨海默氏症中观察到的那样，蛋白质可以根据它们的形状与其他蛋白质结合在一起发挥功能，或通过聚集在一起而发生故障。”“了解它们是如何组装的，以及它们特殊形状的起源，对于药物输送、诊断和治疗等各种应用都具有重要意义。”

类肽（Peptoid）是一种结构上模拟肽的化合物，通常被定义为N-取代的甘氨酸低聚物（poly-N-substituted glycines），其中侧链是通过酰胺氮原子连接的（而不是像多肽中的氨基酸那样连接在α-碳上）。这种结构上的差异使得peptoids不能形成像肽和蛋白质那样的二级结构，但它们可以展现出独特的构象特性和生物活性，例如1）可用自动化固相合成方法制备，可进行大规模的组合化学合成和高通量筛选；2）通常不会被蛋白酶降解，可以克服口服的首过效应障碍，提高在生物体内的稳定性；3）连接到氮原子上的不同胺基团提供了类肽侧链多样性，可实现广泛的化学多样性和功能化，可根据结构分析构象偏好，设计出具有特定功能的类肽；4）虽然类肽主链本身不具备手性，但可以通过使用手性的胺基团引入侧链手性。。。因此在药物发现、新型生物材料构建块、环境科学和药物递送等多个领域都有潜在的应用。

Chen和他在太平洋西北国家实验室的团队开发了一个平台，用于创造基于类肽的功能材料和表征它们的行为。在Nature Communications和Angewandte Chemie上发表的研究中，Chen和他的PNNL同事报告了如何在构建类肽材料中控制其形状。他使用这些复杂的类蛋白质样分子来设计能源应用的材料，比如收集光能或分解木质素。

Chen和他的同事们与华盛顿大学、芝加哥大学和佐治亚理工学院合作，设计出具有精确形状的类肽组装体。他们的实验包括控制螺旋的“旋向性”。螺旋可以是“左旋”或“右旋”，这取决于它们螺旋的方向。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

在这个实验中，陈和他的团队选择了螺旋状的螺旋结构，因为它们在生物学上很重要。事实上，大多数蛋白质都含有这些基本的螺旋结构。以前的类肽合成方法会产生左旋和右旋螺旋的混合物。在自然界中，蛋白质需要以特定的构象来发挥它们的功能——大多数是左旋构象。通过实验和计算技术的结合，Chen和他的团队发现了一种控制肽螺旋旋向性的方法。与蛋白质类似，类肽是由类似氨基酸的“构建模块”（building blocks）产生的。每个构建模块都有相同的“骨干”原子，形成类肽键，而链中的每个单独的链接可以有很大的不同。他们可以通过操纵肽侧链的序列来控制螺旋的形状。

Chen说:“在设计特殊分子时，比如药物，惯用手性是非常重要的。”“了解和控制这种手性可以为蛋白质组装等过程提供见解，对于寻找治疗蛋白质折叠相关疾病(如阿尔茨海默病)的方法可能很有价值。”“在我们之前的其他研究小组已经能够合成类肽纳米螺旋，但精确控制它们的形状和手性仍然是一个挑战。”“能够控制它们的形状不仅可以为设计未来的材料打开大门，还可以为涉及这些结构的生物过程提供见解。”

为类肽研究增加了另一个维度

为了进一步研究类肽是如何组装的，Chen与来自华盛顿大学、哈佛大学、宾厄姆顿大学和浙江科技大学的同事合作。在之前二维类肽结构研究的基础上，该团队成功开发了三维螺旋纳米结构。他们观察到，在类肽序列中包含特殊的原子“官能团”，使它们能够创造出具有特殊功能的结构——类似于蛋白质组合。他们的研究成果发表在《Angewandte Chemie.》期刊上。

“虽然这是一项基础研究，但这项研究为我们提供了更多的见解，让我们了解如何为特定应用创造更好、更精确的材料——就像在自然界中发现的那样，”“类肽具有广泛应用的潜力。基于它们的结构和其他特性，有可能将类肽设计成药物输送剂或人工光收集系统。”在未来，陈和他的团队希望创造出广泛应用的肽类纳米材料。正如他们在研究论文中概述的那样，控制肽的形状只是第一步。