深研院化生學院韓偉課題組和李子剛課題組在多肽自組裝機制分子...

近日，北京大學深圳研究生院化學生物學與生物技術學院韓偉課題組與李子剛課題組合作共同在《美國化學學會納米》科學雜誌（ACS Nano，IF：13.7）上在線發表題為「Conformation Dependence of Diphenylalanine Self-Assembly Structures and Dynamics：Insights from Hybrid-Resolution Simulations」的研究論文（DOI: 10.1021/acsnano.8b09741），針對苯丙胺酸二肽（FF）分子的自組裝過程，深入闡述了多肽構象對自組裝形貌和動力學的影響，為新型功能材料的設計提供了新思路。

構象變化對FF自組裝機制的影響示意圖

多肽自組裝材料近年來因其簡單易得，良好的生物相容性和生物可降解引起了廣泛的關注，逐漸在生物材料、環境材料、光電材料、醫學材料等領域大放異彩。如何合理地設計多肽的分子結構從而獲得特定的自組裝納米結構是多肽自組裝材料研究的核心科學問題。多肽自組裝材料的分子設計很大程度上依賴於對多肽分子複雜多變的構象特徵與多肽自組裝行為之間關係的深入理解。運用現有的實驗技術實現對多肽自組裝過程中構象細節的表徵頗具挑戰。計算機模擬是一種與實驗測量互為補充的表徵技術，可以提供實驗上難以捕捉到的分子細節。然而，由於多肽自組裝體系過於複雜，運用計算模擬觀測這個過程的結構細節還十分困難。為了克服這些計算上的技術挑戰，研究團隊發展了一套高效的多尺度多肽模型，並運用該模型對數千個苯丙氨酸二肽（FF）分子的自組裝過程進行了大量的計算模擬，首次觀測到FF自組裝過程中構象變化的分子細節，並深入地探討了多肽構象在這個過程中所起的作用。

研究團隊通過計算模擬得到多種形貌的雙層自組裝結構，準確預測了如臨界自組裝濃度和二級結構含量等重要性質，這些模擬結果與實驗觀測高度一致。在此基礎上他們通過對模擬結果的深入分析，發現不同自組裝納米結構和多肽分子構象之間存在著依賴性。納米結構的形貌與多肽分子側鏈的相對位置密切相關，而納米結構內部分子的堆積方式則與多肽主鏈的氫鍵取向存在關聯。游離狀態下的FF分子與自組裝納米結構中的FF分子構象有著明顯的區別。在自組裝過程中，隨著高度有序納米結構的形成，自組裝結構中一種類似FF晶體構象的比例大幅上升。

最後，研究團隊還探索了構象變化對自組裝的影響。出乎意料的是，一些與自組裝納米結構並不兼容的構象仍然可以在自組裝過程中作為中間體瞬時的存在，而且這一構象變化是促進整個自組裝過程不可或缺的關鍵環節。

總體而言，該研究所揭示的機制細節大大加深了人們對多肽自組裝過程機制的理解，而該研究所開發的計算模擬方法也將會成為多肽自組裝材料設計研究中一種重要的研究手段，具有廣闊的應用前景。

以上研究由韓偉和李子剛共同指導，五年級博士研究生熊琴思和江意翔（共同第一作者）以及課題組其他成員合作完成。以上工作得到了國家自然科學基金，深圳市科技創新基金以及深圳市孔雀計劃項目的資助。