卟啉-多肽超分子组装体系的研究进展

2017-08-04

    0引言

    超分子组装体系是指多个分子通过分子之间的非共价相互作用,包括氢键配位键亲水/疏水相互作用或者它们之间的协同作用,形成有序的复合体系卟啉-多肽超分子组装体系是其中很重要的一类,普遍存在于自然界中,并在生物体的各项生物功能中发挥着重要作用举例而言,在光合生物的光反应系统中,卟啉衍生物-叶绿素和捕光蛋白形成的环状组装体在光合作用过程中占据着不可或缺的地位卟啉是一类由4个吡咯环通过亚甲基键相连而形成的,具有18电子的非手性大共轭环状分子化合物卟啉具有特殊的刚性和分子对称性,多样化的化学修饰位点,良好的光热和化学稳定性,是光合生物的光反应系统中最重要的色素多肽是介于氨基酸和蛋白质之间的一类由多种氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键结合而成的化合物多肽自身具有良好的生物相容性可控的降解性能和种类多样性,利用多肽组装技术构建的各种功能性材料有着巨大的应用前景

    在光合生物的光反应系统中,捕光蛋白促使卟啉色素分子在空间上精确有序的特殊空间排布,使得卟啉色素分子之间具有合适的距离和取向,避免激发态卟啉分子的自我猝灭,促进超分子体系内的电子和能量传递,确保光反应的顺利进行;还可以通过为卟啉类色素提供电荷使其质子化和控制其构象以及色素与肽链的相互作用等手段,细调卟啉-多肽超分子体系的光谱特性,形成有效的光捕获传递系统通过研究卟啉-多肽超分子体系的生理功能作用机理及条件,不仅能加深对光反应系统的理解和模拟,还能够获得较高的荧光量子产率有效的电荷分离较快的三阶非线性光学响应速度和特殊的双光子激发特性等特殊的性质和功能因此,卟啉-多肽超分子体系一直是化学材料学生物学医学等领域关注的焦点

    本文从卟啉和多肽超分子构筑模块的分子结构设计组装体的形貌调控组装体的应用3个方面系统综述了国内外在卟啉-多肽类组装方面的研究进展特别地,针对近年来在该领域的最新发展,如卟啉-多肽超分子组装体系内的分子间相互作用力对组装体形貌性能的影响,以及新的应用领域等方面进行了介绍和分析

    1卟啉-多肽超分子构筑模块的分子结构设计及其对组装体的形貌调控

    卟啉和多肽分子之间可以通过共价键相连接,也可以通过非共价键相互作用形成超分子组装体系卟啉类化合物特殊的大π共轭电子结构使其分子间具有本征的π-π堆积作用将多肽分子引入到卟啉环外围,利用多肽分子溶剂相关的二级结构变化,可以调整卟啉环间的分子排列方式及非共价作用力的大小因此,多肽修饰的卟啉化合物的设计和合成是最关键的一步,也是人们研究卟啉-多肽超分子组装体系的焦点根据分子间的化学结合方式,卟啉-多肽超分子组装体系分为以下两大类:(1)卟啉与多肽共价结合的超分子体系;(2)卟啉与多肽非共价结合的超分子体系卟啉-多肽分子间的非共价作用主要有氢键疏水/亲水作用范德华力金属配位作用静电相互作用等这些相互作用具有多样性和协同性的特点,在同一个超分子体系中,这些作用力会同时发生作用并相互影响,最终形成不同的微观纳米结构

    1.1卟啉与多肽共价结合的超分子体系

    卟啉与多肽共价结合超分子体系首先需要通过共价键将多肽引入到卟啉化合物上,合成化学计量比为11的卟啉-多肽衍生物,再通过调节体系内的分子间非共价作用进行超分子组装

    Monti等在四苯基卟啉环侧链引入L-脯氨酸,通过对末端活性基团及其离子形态的调节,实现了对不同自组装形貌的调控L-脯氨酸以羧基阴离子的形式存在时(1化合物1,即L-脯氨酸羧酸钠-卟啉),阴离子聚集体发色团之间紧密结合增强其电子耦合,能提供更广泛的共轭双键,阴离子的聚合效应使其收缩形成紧密带负电的化合物,得到平均直径为0.450.50μm的紧密球形组装体相反当末端以四价氨基阳离子存在时(1化合物2,即季铵盐-卟啉),影响了羧酸盐与脯氨酸间的静电相互作用,使其自组装成宽松的直径为0.10mm至几微米的长纤维随后,该课题组研究了季铵盐-卟啉在金属表面有序聚集而成的350450nm的薄膜,但没有一定的形貌规律Imai等也将手性氨基酸与Zn卟啉结合起来,通过紫外可见吸收和圆二色等光谱分析得到了手性结构,却没深入研究相应的形貌本课题组近年来合成了甘氨酸修饰的卟啉-二唑二元化合物 (1化合物3),在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助下可以形成平均直径为80.7nm的纳米颗粒,光谱结果表明其以J-聚集的形式存在,并且甘氨酸的引入加快了其自组装体系的光诱导电子转移过程综合上述报道,卟啉链接单个氨基酸结构,氨基酸部分的相互作用力相对卟啉芳香大环的π-π堆积作用较弱,使得其主要以相对紧密的J-聚集为主,因此芳香环基团之间的π-π堆积作用可能是这类分子自组装的关键作用力之一

   

    相比之下,卟啉-二肽共价结合物中二肽对卟啉分子的模板作用明显增强Charalambidis等在卟啉侧链引入苯丙氨酸二肽(1化合物4,即卟啉-苯丙氨酸二肽),用HFIP(111333-六氟-2-丙醇)溶解后滴加到不同有机溶剂中,组装得到直径25μm不等的纳米球,光谱数据分析表明卟啉-二肽以J-聚集的形式存在Karikis等研究了两种卟啉-均三嗪-苯丙氨酸二肽(TPP-CC-FF)和卟啉-两个苯丙氨酸二肽TPP-(FF)2衍生物在有机溶剂体系的自组装行为,由苯丙氨酸二肽的苯环间的相互作用得到纳米球组装体(见图2(a))Teixeira等在表面活性剂辅助作用下制备了卟啉-甘氨酸二肽衍生物(1化合物5,卟啉-甘氨酸二肽MGG)在水溶液中的超分子自组装体系由于一个卟啉的羧酸盐部分与另一个卟啉的N原子之间的静电吸引作用,以及氨基酸的疏水性,形成了直径58μm的纳米棒组装体在该体系中随着乙醇的加入,打破了水本来的网络结构,导致卟啉结构发生重排,通过TEM(透射电子显微镜)观察到形貌从纳米棒纳米球共存向纳米球转变(见图2(b)(d))Rusin等研究了水/甲醇的卟啉-三肽体系,但只是通过吸收波长的红移等因素研究了内部的J-聚集,并没有进一步研究其形貌特征本课题组近年来合成了一系列卟啉-苯丙氨酸二肽衍生物,并分别研究了其在有机溶剂体系和水体系中的组装体的制备形貌与性能,在有机溶剂/水体系中自组装得到了纳米纤维(见图2(e))纳米球(见图2(f))等不同形貌特征的组装体以上结果表明二肽对卟啉分子的模板作用是形成自组装体系的主要因素之一

   

    增加氨基酸的数目,强化肽链的模板作用,有望改变其聚集态结构Ballester等通过酯键将卟啉分子接到含有4个氨基酸残基的环肽上,利用环肽β-折叠的二级结构,结合Zn卟啉形成钳状或三明治型自组装体Wang等报道了一种卟啉-五肽化合物(1化合物6),该物质在THF/n-He-xane(四氢呋喃/正己烷)体系中可自组装得到纳米纤维的形貌,其中相邻卟啉间通过J-聚集的形式排列在外侧,五肽以α-螺旋的形式包裹在内部然而,在THF/H2O(四氢呋喃/)体系中,卟啉-五肽间的氢键作用使得其以β-折叠(见图3(a))的方式存在,形成纳米管组装体(见图3(b))Biron等用两个阳离子卟啉结合在多肽链上,由于多肽链的螺旋结构,可以很容易地调整插入单元和它们之间的距离,从而构建了一种嵌插式的模型结构,利用光谱数据分析了其J-聚集形式Mez等针对卟啉链接支链多肽,定性和定量地与DNA结合,从结合位点上提供了一种尾式的结合方式,也只是通过光谱数据分析了相关的J-聚集形式,没有具体研究其形貌特征本课题组近期也设计合成了卟啉-六肽化合物(1化合物7),其通过长肽链的诱导很容易发生自组装,在HFIP中得到纳米纤维(见图3(c))和纳米囊(见图3(d))结构,并有望应用于光动力疗法相比于卟啉环的π-π堆积作用,长的氨基酸侧链中氨基酸间的相互作用及二级结构在自组装中起到主导作用,决定了自组装形貌

   

    此外,借助其他外界因素,也可诱导卟啉环及苯丙氨酸二肽芳香环间主导的π-π堆积作用,可以获得不同的形貌静电纺丝是制造纳米线的简单方法,因此Nuansing等通过卟啉-FF静电纺丝得到长1001000nm的纳米线(见图4(a))苯丙氨酸二肽也可以跟锡卟啉水热合成Sn-TTP-(OH)2,通过多肽主链分子间氢键的作用使亲脂性锡卟啉被浸渍到多孔表面形成平均宽度500nm的纳米带(PNRs)(见图4(b))

   

    1.2卟啉-多肽非共价结合的超分子体系

    由于多肽修饰卟啉衍生物的合成比较复杂,而非共价键方式的原料相对简单易得,更容易引入卷曲螺旋的多肽结构作为模板诱导组装体的形成,因此许多研究侧重于构建卟啉-多肽非共价结合的超分子体系非共价结合超分子体系中,当肽链足够长时,多肽自身就可通过氢键作用静电作用以及疏水性作用形成不同的卷曲螺旋结构;卟啉分子通过非共价的相互作用力结合到多肽分子上,可改变其卷曲螺旋结构,最终形成超二级结构调控的组装体前期人们主要通过卟啉-多肽非共价体系的光谱性能理论来研究其组装形式,近几年人们通过设计不同的亲/疏水性氨基酸改变pH值等,从内因和外因两个不同方面影响其卷曲螺旋结构,从而获得了不同形貌的超分子聚集体

    曲螺旋的多肽作为组装的一个模板,卟啉大多数以离子和金属配位作用插入到多肽上Bender等通过计算模拟,设计了一个单链四螺旋多肽与Fe卟啉非共价结合的组装体系,绑定特异性高的辅助因子(如二硫键等),进而建立了一种结构独特且具有良好结合位点的蛋白质,并验证了其光谱聚集性质Tao等以卷曲的肽链作为组装模板,利用脂肽(由苯丙氨酸和赖氨酸残基组成的一种肉豆蔻酸链)C14-FFKC14-FK,作为Zn卟啉组装的模板,碳末端羧基或氨基侧链的赖氨酸残基非共价键静电吸引作用结合到弯曲的脂肽骨架上,而脂肽以β-折叠的形式排列在外侧,形成纳米纤维,从而为调控组装形貌和制备可控光纳米材料提供了思路Carvalho等将多肽H21(30-mer)Co()卟啉Co(ppIX)结合成[Co(ppIX){(H21(30-mer)}2],这种双轴向连接的多肽作为模板,使得钴卟啉环在每一个卷曲螺旋寡聚化结构上存在一个潜在的结合位点(见图5(a)),使Co(ppIX)能嵌入到多肽模板上,通过多肽链的β-折叠,在磷酸钾缓冲溶液pH=7的条件下形成毫米级长度和微米级直径的长棒状材料(见图5(b)(c))综上所述,设计不同类型的多肽链作为组装的模板,为金属卟啉提供了相应的结合位点,影响其嵌入方式,并且通过其内部二级结构的性质达到调控形貌的目的以下就从内因和外因两方面设计的不同的多肽链加以概述

   

    不同亲疏水性的氨基酸序列相结合,是形成多肽卷曲螺旋等二级结构的最主要内在因素因此设计不同亲疏水性组合的多肽链,可通过其不同的二级结构产生不同的形貌特征可组装成纳米纤维或纳米球的多肽一般是结构类似于表面活性剂的肽,头部含有亲水性氨基酸(带负电荷的天冬氨酸带正电荷的赖氨酸或组氨酸),而尾部则含有4个以上连续的疏水性氨基酸(缬氨酸亮氨酸或丙氨酸等)和长烷基链,通过调控疏水基之间的相互作用和肽键之间的氢键影响其卷曲螺旋结构,诱发组装Liu等用两种不同的多肽FF+(苯丙氨酸二肽)KK3+(赖氨酸序列)H2TPPS2-卟啉进行修饰带负电的疏水卟啉聚集靠拢形成内核,亲水性二肽围绕在外侧壳形成了稳定的核-壳纳米结构,因此KK3+-H2TPPS2-形成纤维束,FF+-H2TPPS2-形成纳米球Fry等设计了以3个亲水性的赖氨酸为极性头,N末端经疏水的直链棕榈酸线性修饰的多肽分子C16-AHL3K3-CO2H(见图6(a))C16疏水性烷基链包裹在内部,亲水性赖氨酸排列在外部,3个亮氨酸用于稳固肽链的β-折叠结构,在碱性的NH3·H2O水溶液中通过组氨酸位点与原卟啉IX(PPIX)Zn相互作用,最终通过SEMAFM观察到有序的纳米纤维(见图6(b))Yu等采用分子动力学模拟和量子化学方法探讨了(PPIX)ZnC16-AHL3K3-CO2H的相互作用方式通过分析(PPIX)Zn生色团在纳米纤维的分布发现亲水性基团能够作为纳米纤维的支架,围绕在外侧起到模板作用,同时生色团在亲水性外壳和疏水性纤维的内部,形成纳米支架的核心最终通过模拟计算与组装实验都得到了相同尺度的纳米纤维,从分子水平上验证了其组装的形成

   

    外部环境pH值的改变也会间接地影响多肽的卷曲螺旋结构在氨基酸序列周围的质子化和去质子化过程中,分子间的静电排斥作用会使得卷曲螺旋结构趋于不稳定,进而影响组装形貌Fairman课题组研究了阴离子型TPPS4(四磺酰基卟啉)(见图7(a))Cp3K在不同pH值的水溶液中的组装行为:酸性水溶液中(pH=3.5)Cp3K多肽链自由卷曲形成卷曲螺旋结构,而且谷氨酸残基间的氢键作用可以稳定卷曲螺旋结构,通过激子耦合作用使得该多肽可以组装形成纳米纤维(见图7(b));调节溶液的pH值至中性(pH=7.8)或碱性(pH=11.2)后,谷氨酸残基去质子化,它们之间的静电排斥作用使得卷曲螺旋结构趋于不稳定,会破坏组装形成的纳米纤维结构随后该课题组又通过改变不同的烷基侧链中心金属原子以及卟啉环周边不同的离子类型等方式,详细阐明了在不同pH值下该体系的组装行为

   

    此外,除了以上述卷曲螺旋的长链多肽为模板外,短肽链也能够通过卟啉与多肽的协同作用共同实现组装中科院过程工程所Zou等用FF/卟啉多级调控二元组分协同共组装,将二肽与卟啉有机结合,制备了具有多室结构的多功能微球(见图8)四磺酸基苯基卟啉[H4TPPS]2-通过π-π堆积形成J-聚集,得到了一种离子复合物的纳米棒结构,带正电荷的苯丙氨酸可消除卟啉组装体(J-aggregates)之间的电荷排斥,同时通过静电作用有机结合在组装体表面,并进一步有序聚集成多孔微球其中静电作用是主要作用力,而且通过其离子强度的变化,微球能实现可拆卸

   

    2卟啉-多肽超分子体系的应用

    通过解析天然卟啉-多肽衍生物的生理功能作用机理及条件,模拟各种反应及合成生物类似物,最后将具有特殊性质和功能的卟啉-多肽类化合物应用于光电器件生物学医学分子识别等科技领域,一直是科学研究的热点

    2.1光电器件

    光合作用是生物界最为至关重要的生物过程之一,是生物界自发利用太阳能的主要途径在天然植物光合作用过程中,捕光蛋白作为空间支架将叶绿体等捕光天线有序排列,实现了高效的电子和能量转移因此卟啉-多肽超分子化合物成为分子器件研究的理想模型,通过研究其反应机理,利用卟啉-多肽超分子体系来设计人工光收集系统和模拟光合作用,使其在光能转化器电子器件光敏剂等方面得到了广泛的应用

    具有富勒烯基团的卟啉-多肽寡聚物能提高卟啉系列的光能转换效率,在光能转化器方面具有潜在的应用Hasobe等利用卟啉作为电子给体D,富勒烯为电子受体A混合组装,与相应的无自聚体的系统相比,大幅提升了光能转换效率同时不同的卟啉-富勒烯(C60-ZnP(Py)4C60tBu-ZnP(Py)4)在表面活性剂CTAB条件下能组装成棒状结构,这种新型棒状结构具有能高效吸收可见光的光反应腔谷氨酰胺修饰的卟啉(见图9(a))与富勒烯复合,形貌从纤维状变为水泡状并且具有99%的高荧光猝灭效率为了进一步研究其光能转换效率,将卟啉-C60(见图9(b))连接到八肽聚合物上,通过电泳沉积法使C60沉积在SnO2电极,利用多肽链使激发态卟啉分子不被猝灭,光能转换效率η值为1.3%,光电转换效率IPCE值为42%因此,多肽修饰的卟啉与富勒烯复合,随着卟啉-多肽单元数的增加,光能转换效率逐渐增加

   

    已有大量报道采用生物模板法合成贵金属纳米材料(铂等),而多肽作为生物模板对于此类金属结构以及光电流的产生具有重要的影响Uji等在卟啉与螺旋的多肽水体系中,研究了卟啉-多肽在金表面的组装情况和光电流的产生由于形成的J-聚集形式在组装体内可进行有效的能量转移,降低了卟啉相关联的氧化还原电位,得到6.8%的量子效率并得到了较好的光电流和暗电流Kondo等将组氨酸标记的类球红细菌捕光天线复合物LH1-RC固定到镍修饰的金电极表面,在光激发条件下,碳端-LH1-RC中的菌绿素二聚体可以实现单向电子传递Kim等将卟啉光敏剂铂纳米粒子与苯丙氨酸二肽FF纳米管结合形成三元复合物(见图9(c)),在D-苯丙氨酸二肽纳米管壁上可生长铂纳米晶颗粒,模仿了光系统的光催化性能金属卟啉表现出的光致电子传递和光激发能量转移性质,都有助于它在光电转化方面的应用

    此外,Hasobe等利用多肽与锌卟啉复合,由于卟啉在树枝状肽间紧密堆积,增加了阳离子卟啉-树状大分子和阳离子受体的电子转移效率Dunetz等通过不同浓度pH温度控制组件的结构和组装的电子性能CH3CONH-(Asn-Ala-Glu-Ala-Ser-Ala-Glu-Ser-Ala-Tyr)-CONH2多肽与卟啉结合,表现出远程电子耦合Sakamoto等以锌卟啉与树枝状多肽相结合作为光敏剂构造的人工光合系统表现出较好的诱导析氢功能

    2.2生物材料

    将卟啉与具有生物活性的多肽结合,通过研究其荧光寿命和光电活性,构建出具有生物活性的纳米材料,在生物传感器光电生物材料等方面得到广泛应用

    利用多肽分子间的特异性互补配对规律,可将其作为一种生物传感器,实现对特定核酸序列(基因片段)的快速分析,为分子生物学研究提供了全新的基因检测技术Parayil等采用水热合成法实现了具有高荧光和热稳定的肽纳米带(PNRs)Sn-TTP(OH)2的组装由于Sn-porphyrin-PNRs的荧光强度和寿命(见表1)会选择性地影响多肽核苷酸序列对,因此Sn-porphyrin-PNR可作为一种有效的荧光蛋白类似物,应用在生物相容的生物传感器上

    使用卷曲螺旋的多肽支架与卟啉配合,可调控组装成一种导电材料多肽结合阴离子卟啉通过其光电活性来调节生物材料,获得具有光电活性的中尺度纤维,用于表面沉积和表征导电性能的生物材料通过微米或纳米尺度结构的可控组装,多肽生物材料可以控制纤维内电子传递性能,进而影响电子转移的效率

    除此之外,卟啉-多肽超分子体系还具有生物特异性Orosz等用四肽与2个或者3个正电荷的阳离子卟啉结合,然后在病毒核蛋白T7噬菌体DNA中嵌插复合,能有效地稳定DNA的双螺旋结构Bigey等将一种阳离子锰卟啉与含有10个碱基对的同型腺嘌呤核酸结合切割双链DNAMn-porphyrin-腺嘌呤体系的氧化激活使其在DNA附近能够交错切割相关位点的结合部分,从而具有相应的特异性以卟啉为原料,四磺酸基苯基卟啉-寡肽与糖类和烷基吡喃糖苷在水和DMSO中有强的相互作用,能够在水中对糖类进行特异性识别

   

    2.3医学应用

    卟啉及其金属络合物对一些组织有特殊的亲和力,将卟啉化合物注入肿瘤患者体内,可确定恶性或良性肿瘤及其准确部位,利用其选择性聚集的特性和光动力杀伤作用,在不影响正常组织功能的前提下,造成肿瘤细胞定向损伤的方法称为光动力疗法卟啉是一种良好的光敏剂,血卟啉是最早用于光动力疗法的卟啉化合物,在有氧的情况下,利用卟啉在癌变部位选择性富集的特性,用特定波长的光或激光照射后,卟啉吸收能量并激发出单线态氧而杀死癌细胞,实现光动力治疗

    光化学修饰是一种提高细胞大分子药物特殊位点的技术为了提高卟啉化合物的靶向性和水溶性,常常采用微胶囊脂质载体,或者向分子中引入蛋白质抗体糖基等生物分子Vicente等从HIV-1Tat转运蛋白上截取具有细胞渗透功能的多肽序列(CPP)连接到四苯基卟啉,能够显著提高药物的靶向性和光毒性Li等采用HIV-1核和Tat48-57对光敏性的卟啉进行化学修饰,所获得的卟啉-多肽超分子体系具有良好的细胞穿透性能Tat序列与疏水的卟啉结合,能够实现一种两亲性光敏剂的细胞输送,从而定位核体内的溶酶体囊泡,最终达到有效的光化学修饰治疗

    Toshima等选取Aβ42(4042个氨基酸残基组成的淀粉样β多肽)蛋白上的疏水片段KLVFF与亲水卟啉光敏剂连接,所得化合物可以降解Aβ42,抑制肿瘤细胞PC12的细胞毒性而对人体正常细胞无杀伤力基于具有双亲结构的卟啉化合物构建的纳米囊泡在药物运输方面有潜在应用

    由于理化性质稳定抗菌谱广不易产生耐药性等特点,抗菌肽的抗肿瘤活性逐渐引起关注科研人员亟需寻找一种更好的高效低毒无耐药性的抗菌疗法,光动力疗法因对受损细胞的靶向性而成为新型抗菌疗法在肿瘤细胞的治疗中光敏性的物质与抗菌肽结合能提高光动力疗法的效率以具有穿透性且能够杀死致病微生物或癌细胞而对正常细胞无杀伤性的AMPs(抗菌肽)(如蜜蜂抗菌肽(Api)马加宁(Mag)buforin(Buf))作为肿瘤细胞的药物载体,将疏水性光敏剂cTPP卟啉作为药物模型共轭连接到多肽的N-末端,可获得很高的细胞杀伤力69/71Ga68Ga标记的具有叠氮官能团的卟啉与炔烃官能化的多肽结合,形成一种新型的放射性卟啉-多肽靶向α6β1整合素(见图10(a))α6β1整合素的高表达显著提高了细胞杀伤力(见图10(b)),可用于光动力治疗Dosselli等将阳离子型抗菌多肽与带不同电荷的卟啉光敏剂结合,产物对纤维细胞具有很强的光毒性,同时提高了卟啉化合物的生物兼容性Asayamad等用线粒体靶向信号肽对锰卟啉进行修饰,得到一种新型的抗氧化剂,该抗氧化剂通过载体运送到细胞中,表现出显著的超氧化物歧化酶(SOD)活性和分解过氧亚硝基阴离子的能力

   

    2.4分子识别

    卟啉配合物是许多酶的活性中心,它与多肽链结合产生的三维结构是酶实现其分子识别的结构基础,也是研究酶特殊生理功能的关键Biesaga等以共价链接方式将卟啉结合到氨基丙基硅胶上使硅胶具有一定的分子识别特性,采用其作为固定相,在多肽混合物中成功地分离了三肽C-多肽和胰岛素Purrello等将四磺酸基卟啉阴离子与带正电的聚赖氨酸通过静电相互作用进行组装,组装体中卟啉的荧光被大幅度猝灭,荧光发射强度很低;但是,当有带负电的DNA分子存在时,DNA分子能把卟啉置换出来,卟啉的荧光发射强度大幅度增强,因此该组装体可以用于定量检测DNA分子(见图11(a))Long等发现钴卟啉能够与自由基卟啉形成复合物,复合物中卟啉的荧光被猝灭导致荧光发射强度很低,而加入牛血清蛋白和人血清蛋白能使该复合物荧光恢复,因此复合物可用于牛血清蛋白和人血清蛋白的检测含金属卟啉的核酸酶能够不可逆地特异性切割DNA序列,且不影响DNA序列的特异性和活性,但金属卟啉在细胞膜表面渗透性不强,使得含金属卟啉的核酸酶不能很好地进入到细胞中两亲性多肽载体的加入可以提高细胞对金属卟啉-多肽超分子的摄取量,有利于诱导肿瘤细胞死亡,故而在抗肿瘤药物方面具有潜在的应用

   

    由于非手性的卟啉类化合物受手性小分子诱导可发生分子空间结构的变化,所以常被作为手性识别的材料用于确定手性小分子的绝对构型Zhang等发现水溶性的四(4-磺酸基苯基)卟啉(TPPs)不仅能够确定手性小分子的绝对构型,还能进行手性传递并用于手性记忆Mammana等分别以带有正负电荷的水溶性卟啉及手性聚谷氨酸或手性苯丙氨酸为研究对象,通过取代卟啉meso位的4个阳离子基团,使手性卟啉配合物进行重组,得到具有手性传递及记忆的卟啉-氨基酸体系(见图11(b))

    3结语与展望

    卟啉-多肽超分子的组装及应用在最近几年内得到了快速发展,是一个新兴的前沿领域卟啉-多肽超分子组装与其相互作用力紧密相关单个氨基酸修饰的卟啉在组装时以卟啉环之间的π-π堆积作用为主共价结合的卟啉-多肽分子中,随着卟啉环上所修饰的氨基酸侧链的延长,氨基酸间的相互作用及二级结构在组装中起到主导作用非共价结合的卟啉-多肽超分子组装体系中,主要以多肽作为组装模板,卟啉则插入到多肽链的某个结合位点,通过对多肽二级结构的调控,形成不同形貌的组装体现有的研究结果表明卟啉-多肽超分子组装体在生物材料光电器件医学药物和分子识别等领域具有优越的性能及良好的应用前景

    通过分子组装技术调控卟啉-多肽类分子组装,构筑具有特定结构和功能的超分子体系,制备及开发卟啉-多肽类纳米材料具有广泛的理论及现实意义,但仍有很多问题尚未解决,需要深入探索在组装调控方面,共价结合体系中,大量研究集中在短肽链,特别是苯丙氨酸二肽-卟啉的组装形貌上,不同氨基酸及长肽链修饰的卟啉组装体的调控方式值得探讨;非共价结合体系中,卟啉分子在多肽链组装体中的定向定点调控有待探索在组装材料应用方面,大多数研究仅限于实验室阶段,特别是在生物医学(如药物传递组织修复等)领域,体内和临床实验研究仍有待探索不过,随着人们对这类分子组装的深入研究,可望获得一系列极具潜力的生物纳米材料,并推动超分子化学材料科学生物医学以及生物纳米技术的发展

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