《Angew. Chem. Int. Ed》在線報道我校“輪烷分子機(jī)器離子跨膜運(yùn)輸”最新進(jìn)展
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起了化學(xué)家們的極大興趣，在模擬天然體系轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制和功能的同時，也為相關(guān)疾病的診斷和治療提供潛在應(yīng)用。
近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院包春燕教授和曲大輝教授合作，在他們利用輪烷分子機(jī)器模擬天然轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)高效、陽離子選擇性跨膜運(yùn)輸?shù)墓ぷ骰A(chǔ)上（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 17992-17998.），進(jìn)一步引入偶氮苯光致異構(gòu)基團(tuán)，通過光調(diào)控輪烷梭動實(shí)現(xiàn)可逆ON/OFF離子跨膜運(yùn)輸，在具備高效、離子選擇性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了門控的離子傳輸。相關(guān)成果以“A Light-Operated Molecular Cable Car for Gated Ion Transport”為題，發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI：10.1002/anie.202102838）上。
如圖所示，所設(shè)計的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(左)，輪烷分子在位點(diǎn)間隨機(jī)、自由的穿梭可以實(shí)現(xiàn)離子的跨膜運(yùn)輸；當(dāng)分子光異構(gòu)化為cis構(gòu)象時(右)，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(yùn)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(shí)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(diǎn)間的梭動實(shí)現(xiàn)離子的高效傳輸。與trans-異構(gòu)體相比，cis-異構(gòu)體因輪烷梭動運(yùn)動的受阻，離子跨膜活性大大降低，從而實(shí)現(xiàn)仿生膜上原位ON/OFF的光門控離子跨膜運(yùn)輸。本工作在發(fā)展新型光門控人工離子傳輸體系的同時，還將有助于理解膜蛋白的離子轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，有望運(yùn)用分子機(jī)器的穿梭運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)輪烷類人工離子轉(zhuǎn)運(yùn)體系在新藥研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用。
?論文由華東理工大學(xué)費(fèi)林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心博士汪晨曦和碩士汪順康在包春燕教授，曲大輝教授共同指導(dǎo)下完成，并獲得了田禾院士、朱麟勇教授的大力支持和悉心指導(dǎo)。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科技重大項目以及“111”引智計劃等資金的支持。
?網(wǎng)址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202102838?
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