含有天然多酚修饰的多肽自组装分子合成与制备分析研究功能材料学专业.docx

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1、.1.2.3.4.6.6.10.13.14.15.15.15.16.17.17.18.19.20.20.21.23.25.25.25.25 .25 .25研究目录1第一章设计选题及构思第二章背景资料2.1多肽分子自组装2.3多肽水凝胶2.2没食子酸和咖啡酸第三章设计目标及可行性分析第四章多肽的合成及修饰4.1 实验材料4.1.1 实验试剂：4.1.2 实验仪器4.2 耳聚4.2.1 NapFFKYp的合成和纯化.4.2.3 NapFFK(GA)Yp的合成4.2.4 NapFFK(CA)Yp的合成4.3 产物分子的化学分析与测试4.3.1 质谱4.3.2 核磁共振氢谱(IHNMR)表4.3.3

2、核磁共振磷谱(31PNMR)表征.第五章多肽分子自组装形成的水凝胶的性能5.1 实验材料5.1.2实验仪器5.2 实验步骤5.2.1 水凝胶的制备5.2.2 TEM制样265.2.3 SEM制样265.2.4 流变测试275.3 物理表征结果及分析275.3.1 TEM表征多肽自组装的微观形貌275.3.2 SEM表征水凝胶的多孔性形貌275.3.3 流变仪表征水凝胶的力学性能28结论30参考文献31致谢错误!未定义书签。摘要近几年来多肽成为制备超分子水凝胶的一种高效凝胶因子。多肽具有良好的生物相容性和可控的生物降解性能，除此之外，多肽侧链可能还含有氨基、竣基和羟基等官能团，易被其它生物功能分

3、子修饰。本论文主要研究了含天然多酚没食子酸和咖啡酸修饰的多肽自组装分子NapFFK(GA)Yp和NapFFK(CA)Yp的制备和表征。我们研究发现，在pH=7.4时，NaPFFK(GA)YP和NaPFFK(CA)YP两种分子都可以在碱性磷酸酶(ALP)的作用下自组装形成具有纳米纤维结构的超分子水凝胶。关键词：超分子水凝胶，多肽自组装，咖啡酸，没食子酸AbstractPeptidescanworkaseffectivehydrogelatorstoprepareSupramolecularhydrogelsinrecentyears,becauseoftheirgoodbiocompatibil

4、ityandcontrollablebiodegradability.Inaddition,theirsidechainsmaycontainmanyfunctionalgroupssuchas,carboxylicacid,aminoandhydroxylgroups,sotheyareeasytobemodifiedwithotherbiofunctionalmoieties.ThisdissertationmainlystudiesthepreparationandcharacterizationofNapFFK(GA)YpandNapFFK(CA)Yp,whichcontaindiff

5、erentnaturalpolyphenolmoieties(e.g.,gallicacidandcaffeicacid).Wefoundthatthesetwomolecules(e.g.,NapFFK(GA)YpandNapFFK(CA)Yp)canself-assembletoformnanofiberstructuresandSupramolecularhydrogelstriggeredbyalkalinephosphatase(ALP)atpH7.4.Keywords:Supramolecularhydrogel,peptideself-assembly,caffeicacid,g

6、allicacid.内容提要本文拟在多肽分子N叩FFKYP上修饰没食子酸(GA)和咖啡酸(CA)合成两种新型的多肽自组装分子NapFFK(GA)Yp和NapFFK(CA)Ypo本文第一章介绍了本设计的选题及构思；第二章介绍了多肽自组装、多肽水凝胶、没食子酸和咖啡酸的研究现状；第三章分析了本课题实施的可行性；第四章通过固相合成法合成多肽分子NapFFKYp,然后在NapFFKYp上修饰GA和CA进一步合成NapFF(GA)Yp和NapFF(CA)Yp,最后对产物分子进行化学测试(质谱、核磁氢谱、核磁磷谱)，确定产物的化学结构；第五章通过扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)和流变仪探究

7、NapFF(GA)Yp和NapFF(CA)Yp分子的自组装性能。第一章设计选题及构思多肽分子NapFFKYp（结构式见1-1）是已经被证实的一种良好的酶响应型凝胶因子。XU等人发现NaPFF可以作为凝胶因子的骨架，其含有蔡基和两个苯丙氨酸残基，可以在低浓度下可以通过蔡环和苯环的-堆积作用以及酰胺键上的氢键作用实现自组装。而YP使NaPFFKYP具有自组装可控的特点，可以用碱性磷酸酶（ALP）水解NapFFKYp分子中酪氨酸上的磷脂键，通过调整自身的亲疏水平衡发生自组装。NH2图1-1NapFFKYp的结构式N叩FFKYP上的赖氨酸侧链上存在一个氨基残基，故此多肽分子可被其它生物功能分子修饰。而

8、没食子酸（GA）和咖啡酸（CA）（结构式见第二章）具有良好的抗肿瘤和抗氧化性能，并且二者都含有竣基，可以与NaPFFKYP侧链上的氨基反应,形成酰胺键。综上，本课题拟在多肽分子NaPFFKYP上修饰GA和CA,设计合成两种新型凝胶因子N叩FFK（GA）YP（结构式见图1-2）和NapFFK（CA）Yp（结构式见图1-3）。并探究这两种分子的自组装性能。图1-3：NaPFFK(CA)YP结构式第二章背景资料2.1多肽分子自组装多肽是氨基酸的衍生物。多肽分子可以通过肽键间的氢键作用以及氨基酸残基之间的疏水性作用、堆积作用、静电作用等网发生自组装。如果多肽在不受外界条件影响下能够自发的形成超分子结构

9、，我们称之为自发型自组装，如Karin等人设计合成了一种短阴离子肽AsYD,这种短肽在低浓度下能够在不受外界条件影响下自组装形成高纵横比的纳米纤维，如图21所示。图2-1短阴离子肽A6YD的结构式和自组装体的TEM图但是如果多肽必须在外界因素（常见的因素有温度、pH、酶等）作用下，才能发生自组装，则我们称之为触发型自组装。触发型自组装肽由于具有很好的环境响应性而可以在特定的位置和时间发生自组装，并且具有可逆性，可以在一定条件下破坏自组装体，因此更富有应用价值。下面分别从PH引发、温度引发、酶引发三个方向举例说明：PH通常是通过改变多肽所带的净电荷来调控多肽自组装行为的,净电荷越小，分子间的静电

10、斥力也越小，越容易发生自组装。康艳晶等人设计合成了pal-RLRRLRARARA,发现这种分子在不同的PH值下其自组装行为不同，由图2-2可知，在PH大于9时，才出现了折叠，这时P-RRL分子才可以发生自组装。70EP 二 012。) O 一10 O 1O 20 3000 4000 -50 40 -701M 20021022022402nm图2-2不同的PH对P-RRL分子自组装的影响RUghani等人发现MLD多肽分子在不同的温度下，自组装行为不同。由图2-3可知，在较低的温度下MLD是未折叠的，当15C时，才出现了B-折叠，证明这时MLD才发生自组装。MLD：kvkvxvkvkvdplpt

11、kvkvxvkvkControl:KVKVKVKVKVdPlPTKVKVKVKVKMLDControlnr-isKT 020406080Temperature(0C)图2-3pH=7.4时，浓度为150mM的多肽溶液在波长为218nm时测定的CD光谱随温度的变化。Ulijn通过蛋白酶将Fmoc氨基酸与二肽偶联以形成三肽,其可以通过笏基之间的-堆积作用自组装成超分子结构，如图2-4所示。Xu等人发现可以用碱式磷酸酶(ALP)水解多肽分子NapFFKYp上的磷酯键，通过调控自身的亲疏水平衡自组装。上述两种多肽都是基于多肽的二级结构或者多肽分子的两亲性。多肽的一级结构是由氨基酸通过肽键连接而成的链状

12、平面结构。当多肽溶于溶剂中时，多肽可以通过这些作用力从一级结构向二级结构（-螺旋，-折叠，-发夹）转变，这种构象的变化会导致多肽发生自组装。LegO肽是一种典型的例子。它由极性和非极性氨基酸交替排列而成,可以通过形成P-折叠发生自组装。RADAI6-1肽就是一种Lego肽，它可以利用丙氨酸的疏水性、天冬氨酸和精氨酸的静电作用自组装成纳米纤维结构。（图25）a-Ac-R-A-D-A-R-A-D-A-R-A-D-A-R-A-D-A-CONH25 nm图2-5RADA16-1肽的结构以及自组装形成的纳米纤维基于分子的两亲性发生的自组装的例子很多，上述文中提到的UIijn和徐兵等人合成的多肽都是两亲性

13、多肽分子，这种分子一般较短，通常以烷基链或芳香族基团为端基，这类分子可以通过烷基的疏水性或芳香环的-堆积作用和多肽酰胺键之间的氢键共同作用发生自组装。现在很多人都选用FmoC基团作为芳香族基团引入多肽序列实现自组装。但研究表明，很多其它芳香族基团也可以提供-堆积作用，如蔡乙酸、花丁酸”3等相继被引入多肽序列中，实现了多肽的自组装。徐兵等人UH发现N叩FF是一种以苯环和蔡环为端基的两亲性多肽分子，并基于此合成了许多多肽自组装分子（图2-6）。图26基于N叩FF的多肽自组装分子2.3多肽水凝胶当多肽分子发生自组装时，不仅在微观上能形成纳米纤维等聚集体，而且在宏观上可以观察到溶液到凝胶的状态转变。凝

14、胶是由凝胶因子形成的具有弹性的交联网状结构和溶剂分子共同组成的粘弹性固体。水凝胶是以水作为溶剂的凝胶，制备水凝胶的原料主要是多糖、蛋白质等天然生物材料和合成高分子。虽然聚合物水凝胶现在应用广泛，但是作为组织工程支架材料，聚合物水凝胶的微观孔径尺寸无法满足细胞生长所需要的微观环境，而且聚合物水凝胶生物相容性差，难降解。小分子多肽水凝胶除了生物相容性好和易降解外，还具有良好的溶胀性、粘弹性和环境响应性，近几年来引起了许多研究人员的关注。多肽水凝胶可以分为化学交联的水凝胶和物理交联的水凝胶，化学交联的水凝和物理水凝胶的区别主要是形成水凝胶时分子间作用力的不同，前者是依靠的是化学键等化学作用力，凝胶过

15、程不可逆。而后者是通过氢键、疏水作用和静电作用力等物理作用交联得到的，凝胶过程可逆；物理水凝胶形成的主要方式就是多肽分子的自组装。19世纪90年代，张曙光等人发现多肽EAK16能够形成佚折叠的二级结构，自组装形成水凝胶，这是第一个多肽分子自组装形成水凝胶的例子。从此,越来越多的研究人员通过设计不同的多肽序列以获得具有不同性能的多肽水凝胶。1.UOY等人I旨在三维水凝胶基质中建立生物化学通道以引导轴突生长，并由此设计合成了多肽分子GRGDSo这种将生物分子固定在三维基质中的方法通常可以应用于所有光学透明的水凝胶，在组织工程方面有广泛的应用(图27)。图2-7 GRGDS的设计合成图 2nttrot)en2yl-c)ro(ected region. Laser penetrates hyt*ogd matrix, produof