近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授包春燕和曲大輝，在利用輪烷分子機器模擬天然轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，實現(xiàn)高效、陽離子選擇性跨膜運輸?shù)墓ぷ骰A(chǔ)上，進一步引入偶氮苯光致異構(gòu)基團，通過光調(diào)控輪烷梭動實現(xiàn)可逆ON/OFF離子跨膜運輸，在具備高效、離子選擇性的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)了門控的離子傳輸。相關(guān)研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
基于離子跨膜傳輸在生理、病理和藥理學(xué)上的重要作用，人工離子傳輸體系的合成與研究引發(fā)了化學(xué)家極大的興趣，其在模擬天然體系轉(zhuǎn)運機制和功能的同時，也為相關(guān)疾病的診斷和治療提供了潛在應(yīng)用價值。
輪烷分子像纜車一樣橫跨整個磷脂雙分子層膜，當(dāng)偶氮苯為trans構(gòu)象時，輪烷分子在位點間隨機、自由的穿梭可以實現(xiàn)離子的跨膜運輸。當(dāng)分子光異構(gòu)化為cis構(gòu)象時，彎曲的結(jié)構(gòu)阻礙了輪烷的梭動，從而阻止了離子的跨膜運輸。紫外光譜、一維及二維核磁結(jié)果證明了輪烷分子兩種構(gòu)象的光可逆異構(gòu)化，并測得trans—異構(gòu)體的梭動速率遠(yuǎn)高于cis—異構(gòu)體。膜片鉗和熒光脂質(zhì)體跨膜活性實驗證明，trans—異構(gòu)體是一種高效的離子傳輸體系，能產(chǎn)生通道電流信號，說明分子能橫跨磷脂膜，通過位點間的梭動實現(xiàn)離子的高效傳輸。與trans—異構(gòu)體相比，cis—異構(gòu)體因輪烷梭動的受阻，離子跨膜活性大大降低，從而實現(xiàn)仿生膜上原位ON/OFF的光門控離子跨膜運輸。
專家表示，這項研究在發(fā)展新型光門控人工離子傳輸體系的同時，將有助于理解膜蛋白的離子轉(zhuǎn)運機制，有望運用分子機器的穿梭運動，實現(xiàn)輪烷類人工離子轉(zhuǎn)運體系在新藥研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用。(花雪苑 黃辛)
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