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基于葫芦脲的生物大分子组装体

葫芦[n]脲(CB,n = 5-8、10和14)是在酸催化下由甘脲和甲醛缩合反应得到的一类大环主体化合物,其具有刚性分子结构,内部空腔疏水,上下边缘具有羰基,因此可以键合多种无机和有机阳离子,并具有较强的键合亲和势,键合稳定常数甚至可以达到10的10次方以上。此外,较大尺寸的葫芦脲也可以键合1或2个客体分子,从而获得稳定的二元或三元主-客体包合物,这为制备多维纳米结构提供了便利的途径。


近年来,得益于葫芦脲优异的理化性能,葫芦脲在化学、生物学、医学和材料科学中得到了广泛应用。许多新的葫芦脲衍生物被研究,这极大改善了母体葫芦脲在水溶液中的分子识别和组装行为。因而在水溶液中许多有趣的结构应运而生,包括低聚物和配位化合物、(准)轮烷、两亲化合物、交联网络以及超分子聚合物和有机框架等。这进一步拓展了葫芦脲的研究范畴,尤其是在生物领域,从小分子检测、蛋白可控修饰和聚集到核磁共振成像,基于葫芦脲的分析方法和生物传感技术已相继建立起来,并被用于定性和定量分析多种生物活性分子。


近年来,葫芦脲作为超分子化学和生物学的桥梁,得到了快速发展。与生命现象息息相关的生物大分子,包括多肽、核酸、蛋白质和多糖等,它们在维持生命系统的生理功能中扮演着至关重要的角色。利用可控的主-客体相互作用,实现大环主体、特别是葫芦脲与生物大分子的协同组装,再现复杂的生命过程和生物功能,准确分析分子间的结合模式,这能为构建新型生物功能材料、开发新的疾病治疗方法提供有效的超分子策略。

近日,南开大学刘育教授(点击查看介绍)团队受邀论述了基于葫芦脲的生物大分子组装体的研究进展。在这篇微评中,作者阐述了葫芦脲与氨基酸、多肽、核酸、蛋白等多种生物大分子的相互作用规律,并介绍了它们在生物传感和检测、生化反应的调控、以及对癌症、阿尔茨海默症、糖尿病等重大疾病治疗方面的应用前景。此外,作者还介绍了葫芦脲促进的细胞器定位和生物成像方面的研究进展。本文中的实例介绍向人们展示了基于葫芦脲的超分子-生物大分子组装体从基础研究到应用的未来前景。


综上所述,近年来葫芦脲作为一种功能大环化合物得到了长足的发展。从简单包合物制备到多组分生物大分子组装体构筑,不仅涌现出了大量迷人的化学拓扑结构,而且还带来了许多重要的生物应用功能。随着合成生物学和跨学科研究的蓬勃发展,相信基于葫芦脲和生物大分子的超分子组装体能够进一步促进超分子化学、生命科学和相关学科的发展。


该综述论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.,第一作者是刘耀华博士研究生,通讯作者是刘育教授和张瀛溟副教授。


刘育教授研究团队近几年来在构筑纳米超分子组装体及探索其应用方面取得了多项重要进展,其中关于大环化合物介导的生物大分子组装方面的一些研究成果,发表在Sci. Adv., 2018, 4, eaat279; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 8649-8653; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 10553-10557; Adv. Therap., 2019, 2, 1800137; Chem, 2019, 5, 553-574; Chem. Sci., 2020, 11, 4791。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Cucurbituril‐Based Biomacromolecular Assemblies

Yao-Hua Liu, Ying-Ming Zhang, Hua-Jiang Yu, Yu Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009797


刘育

https://www.x-mol.com/university/faculty/11804

课题组主页

https://supram.nankai.edu.cn/


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