受主链约束的三肽结构能够实现对固态动力学过程的序列控制

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Backbone-Constrained Tripeptides Enable Sequence Control of Solid-State Dynamics

如何通过氨基酸序列设计调控超分子组装和固态材料性质是材料科学的重要课题。本文以脯氨酸为刚性约束构建 minimalist PXX三肽体系（X为苯丙氨酸F或色氨酸W），结合分子动力学模拟、核磁共振和荧光光谱等实验方法，系统揭示了C末端芳香族残基交换如何影响肽链构象柔性、超分子相互作用网络及结晶动力学过程。研究发现W残基因空间位阻和氢键网络多样性赋予体系更丰富的构象自由度，促进形成具有动态表面特性的结晶材料；而F残基的强疏水作用导致材料形成静态致密结构。该研究为精准设计具有特定动态特性的固态肽材料提供了新策略。

　　

摘要

理解肽序列与超分子动力学以及由此产生的固态材料性质之间的关系，仍然是合理设计肽材料的核心挑战。在本研究中，我们利用N端脯氨酸作为简约型三肽（PXX；P = 脯氨酸，X = 苯丙氨酸（F）或色氨酸（W））中的构象约束，以分离侧链对主链的影响，并证明简单的芳香族替换可以决定结晶路径和固态动力学行为。在这种设计中，脯氨酸使主链更加刚性；中心残基支持肽的组装；而C端的芳香族残基则决定了肽的构象适应性。通过结合分子动力学模拟、核磁共振（NMR）和荧光光谱分析，我们发现C端含有W的肽具有多样的相互作用空间，因此其能量景观较为平坦，存在多种可达到的构象；而C端含有F的肽由于具有强烈的疏水性且相互作用空间有限，其构象较为受限。结果，PXF肽能够形成可溶性的超分子聚集体，而PXW肽则能形成更具适应性的构象，从而促进结晶。固态表征显示，这些由序列编码的超分子动力学直接影响了材料的宏观性质：含有W的肽形成的晶体表面具有动态性和亲水性，而含有F的肽形成的材料则表现为静态且疏水。这些结果共同揭示了芳香族残基如何控制肽的超分子组装和结晶过程，为调控固态肽材料的动态性质提供了一种直接的方法。

图形摘要

侧链对短肽的组装有显著影响，但由于主链间相互作用的复杂性，其贡献难以被准确解释。在本研究中，我们使用N端脯氨酸作为简约型PXX三肽（P = 脯氨酸，X = 苯丙氨酸（F）或色氨酸（W）中的构象约束，以分离侧链对主链的影响。研究表明，简单的F?Trp替换可以决定肽的结晶路径和固态动力学行为。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的晶体结构数据（CIF文件）已在剑桥晶体学数据中心（CCDC）公开发布，存档编号为2491179和2491180。