金属-肽环框架的螺旋方向控制及其导向 Ag₂₁L₁₄编织肽纳米管的折叠与组装

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日本东京大学 Makoto Fujita 教授与东京工业大学 Tomohisa Sawada 教授团队（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 9098−9102）通过非天然金属 - 肽链构建了具有环面结 / 链拓扑结构的螺旋框架。研究发现，L - 丙氨酸的二面角是控制螺旋手性的关键因素。通过设计含 Gly-Gly-Ala 和 Gly-Ala-Gly 序列的双齿三肽配体，结合 Ag (I) 离子自组装，成功实现了 (P)- 和 (M)- 螺旋结构的选择性合成。进一步引入含金属交联位点的三齿配体，构建了具有 (P)- 螺旋手性的 Ag₂₁L₁₄管状二聚体结构，为人工肽螺旋的理性设计提供了新策略。

研究背景
1）行业问题
非天然骨架多肽的螺旋手性难以通过氨基酸点手性（R/S）预测，缺乏普适性规律。
2）研究现状
天然 α- 螺旋通过 L - 氨基酸的空间位阻偏好形成右手螺旋。
前期研究利用 Gly-Gly-Gly 配体与 Ag (I) 组装出 7-8 交叉环面结 / 链结构，但未涉及手性调控。
已有文献通过拆分或金属配位几何控制分子结手性，但依赖外消旋体分离。
3）本文创新
提出通过局部氨基酸二面角（而非点手性）调控全局螺旋手性的新机制。
首次实现基于单一手性源（L - 丙氨酸）的螺旋手性反转。
构建了具有腔道结构的编织肽纳米管，突破传统单环结构的功能局限。

实验与分析
1）材料合成与表征
配体制备：采用 Boc 保护策略合成 Gly-Gly-Ala（配体 3）、Gly-Ala-Gly（配体 4）及含 4 - 吡啶丙氨酸的三齿配体 5。
组装过程：Ag (I) 盐与配体在 CD₃NO₂中加热反应，通过缓慢扩散法获得单晶。
表征手段：单晶 X 射线衍射（确认环面结 / 链结构）、¹H NMR（监测溶液组装过程）、DOSY NMR（分析聚集体尺寸）。
2）关键结果
螺旋手性控制：
配体 3（Gly-Gly-Ala）形成 (M)- 螺旋 8 交叉环面链，L - 丙氨酸二面角位于 (M)-3 区域。
配体 4（Gly-Ala-Gly）形成 (P)- 螺旋 7 交叉环面结，通过配体 5 交联形成 Ag₂₁L₁₄管状结构。
纳米管结构：
双环面结通过 py-Ag (I)-py 桥连接，形成 D₇对称螺旋管，腔道体积约 830 Å³。
管壁由螺旋排列的吡啶环构成，具有竹节状编织形貌。

总结
1）揭示了 L - 丙氨酸二面角对金属 - 肽螺旋手性的主导作用。
实现了基于同一手性源的 (M)/(P)- 螺旋选择性合成及纳米管组装。
2）提出非天然肽螺旋手性的理性设计原则。
首次构建含金属交联位点的编织肽纳米管，拓展了超分子组装的维度。
3）为人工肽材料的手性分子识别、不对称催化提供新平台。
启发多尺度螺旋结构在纳米技术领域的应用。

Helical Sense Control of Metal–Peptide Torus Frameworks Leading to the Folding and Assembly of a Ag₂₁L₁₄ Braided Peptide Nanotube
文章作者：Sota Oguma，Yuuki Inomata，Akihiro Hayakawa，Takahiro Nakama，Makoto Fujita*，Tomohisa Sawada*
DOI：10.1021/jacs.5c01458
链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01458

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