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過程工程所等提出肽超分子組裝和結晶新機制

2019-09-30 過程工程研究所
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  近日,中國科學院過程工程研究所與以色列特拉維夫大學和中國科學院化學研究所合作提出了肽超分子結晶的“分級取向組織”理論模型,該模型區別于基于Ostwald熟化的傳統超分子組裝機理和晶體生長理論,為新型超分子功能材料的設計和開發提供了理論指導。相關工作發表于Nature Reviews Chemistry

  長程有序的層級自組裝和結晶普遍存在于自然界中,對生物體的結構調節和蛋白質運輸、信號轉導和細胞分化等生理功能的發揮具有重要作用。對生物分子層級自組裝和結晶的研究不僅有助于人們在分子水平上認識物質結構的形成和功能,也為新型復雜生物材料的開發提供了新思路。然而,如何調節組裝過程的熱力學和動力學,實現簡單生物分子自組裝成核-生長的調控,構建層級有序組裝體和晶體是一個長期的挑戰。

  過程工程所研究員閆學海團隊長期致力于生物分子(尤其是寡肽)自組裝及其物理化學機制方面的研究,在其寡肽自組裝的分子機制和規律方面取得系列進展。他們通過改變寡肽分子結構,調控寡肽與光敏分子自組裝,實現了對組裝體結構和功能的可控構筑(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1921-1927; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10794-10802; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 17084–17088; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2000-2004);并重點對寡肽自組裝成核的初始階段進行深入研究,發現了微量溶劑在寡肽自組裝過程中的決定性作用;進一步通過離子液體的引入減緩寡肽自組裝的速率,發現在寡肽自組裝成核初期,微量水的存在對于穩定的寡肽分子團簇的形成、成核的引發及生長發揮著關鍵性作用(ACS Nano 2016, 10, 2138-2143; Small 2017, 13, 1702175; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5872-5876)。

  基于前期基礎,研究人員通過對肽超分子組裝過程中頻繁出現的多尺度層級結構現象的統計分析,發現了肽超分子晶體形成的一般性規律,提出了“分級取向組織”的結晶理論模型,該模型也適用于其他有機小分子體系,有望在自組裝晶體和材料精準構筑方面獲得廣泛應用。

  該綜述文章的共同通訊作者為閆學海、Ehud Gazit和李峻柏,共同第一作者是袁成前和吉維,過程工程所為第一完成單位。相關工作得到國家自然科學基金和中科院的支持。

    論文鏈接

肽超分子晶體形成過程中的分級取向組織機理示意圖

論文封面

打印 責任編輯:葉瑞優

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