 葫芦脲是一类由甘脲及甲醛在酸性条件下缩合而成的环状化合物，这类化合物具有疏水性的空腔及电负性的羰基氧，因此可以通过疏水相互作用及离子-偶极相互作用与各种有机化合物进行结合。在近二十年的发展中，葫芦脲在分子识别、三维结构的构建及药物传输等领域都取得了令人瞩目的成绩。近年来，超分子主体对蛋白质选择性地识别及分离成为了基础化学及应用化学的研究热点，这其中当然也少不了葫芦脲。而作为目前能在水相中对多肽进行高亲和性识别的两种主体化合物之一，葫芦脲在这一领域的应用前景无可估量。 图1. a）葫芦[8]脲的结构；b）葫芦[8]脲与多肽结合的示意图；c）基于2D-NMR葫芦[8]脲·多肽的半经验模型；d）多肽的结构 （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 近日，美国三一大学的Adam R. Urbach教授课题组及合作者在之前研究的基础上，发现葫芦[8]脲（Q[8]）与多肽的结合并不一定需要芳香环的参与，只需要两个相邻的氨基酸残基即可（图1b）。作者之前发现当一些特殊的多肽折叠时，两个相邻的残基可能同时进入到葫芦脲的空腔。因此作者推测如果多肽上含有两个足够大的残基，那么体系中的葫芦[8]脲则可以对这两个残基进行包结，通过这种方式便可以使得葫芦[8]脲与多肽甚至蛋白质的结合不再依赖芳香环。该成果以“Molecular Recognition of Methionine-Terminated Peptides by Cucurbit[8]uril”为题发表于《美国化学会志》（DOI: 10.1021/jacs.8b07865）。 图2. 葫芦[8]脲溶液中加入多肽后荧光的变化 （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 自然界中常见的氨基酸有20种，由这些氨基酸构成的多肽数不胜数，因此要从众多的多肽中选出合适的组合是作者面临的第一个问题。基于之前的研究，作者设计了一系列含有三个氨基酸的多肽（图1d），它们的C端都是丙氨酸，N端则为含有较大残基的8种氨基酸，至于中位的氨基酸则选取了除色氨酸及半胱氨酸外的18种常见氨基酸。基于这种设计，作者通过Fmoc固相合成法总共得到了144种多肽。之后，作者对其与葫芦[8]脲的结合进行了初步的研究（图2），结果显示：N端为酪氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸及亮氨酸和中位为酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸及赖氨酸的多肽能让体系的荧光大幅度增强，而其他组合也或多或少能改变体系的荧光强度，这表明作者的方案是可行的。 图3. 葫芦[8]脲与不同多肽的热滴定实验数据 （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 在有了一些定性的结果之后，作者定量地对葫芦[8]脲与多肽的结合进行了热滴定实验研究。作者选取了N端为甲硫氨酸、中位为苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸及赖氨酸的多肽为模型对葫芦脲与多肽的结合进行了研究，结果发现它们都能与葫芦[8]脲形成1:1的络合物，并且解离常数均在微摩尔甚至亚微摩尔级别（图3）。后续更为详尽的研究表明，与甲硫氨酸配对的氨基酸的相对位置、残基结构及C端残基的尺寸均会对其亲和性产生不同程度的影响。 图4. 多肽结构对其与葫芦[8]脲亲和性的影响 （图片来源：J. Am. Chem. Soc.） 最后，作者用一幅图对整个实验进行了总结（图4）：N端的氨基可以增加多肽与葫芦脲的亲和性；甲硫氨酸的残基可以与相邻氨基酸的残基一起被葫芦[8]脲包结；与甲硫氨酸相邻的氨基酸的残基最好比较大且疏水性强或者呈碱性，但是在β位不能有分支；C端的氨基酸残基越小越好。 全文作者：Zoheb Hirani, Hailey F. Taylor, Emily F. Babcock, Andrew T. Bockus, C. Daniel Varnado, Jr., Christopher W. Bielawski, and Adam R. Urbach. ·END· |
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