王穎、陳雪波和江華老師 J. Am. Chem. Soc.文章介紹
人工分子機(jī)器研究受天然蛋白質(zhì)分子機(jī)器的啟發(fā)而誕生，其試圖構(gòu)筑的于分子尺度下運(yùn)行的人工機(jī)器在智能材料、新傳感器、智能藥物運(yùn)輸和能量儲存等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。柔性鏈作為一種具有顯著區(qū)別于剛性結(jié)構(gòu)性質(zhì)的分子基團(tuán)，其特殊的柔順性和鏈段間運(yùn)動的協(xié)同性在天然蛋白質(zhì)分子機(jī)器的運(yùn)作中發(fā)揮重要作用，如調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)對底物的絡(luò)合、以及提高蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)動速率等。然而，在當(dāng)前相關(guān)的人工分子機(jī)器研究中,柔性鏈普遍地僅僅表現(xiàn)出柔順性，幾乎沒有任何抑制或改變分子體系運(yùn)動的能力。這極大的妨礙了科研人員對柔性鏈在天然蛋白質(zhì)分子機(jī)器中的功能機(jī)制的理解，同時(shí)也限制了柔性鏈在人工分子機(jī)器中的應(yīng)用。
最近，化學(xué)學(xué)院王穎、陳雪波和江華提出柔性鏈對分子運(yùn)動的抑制功能可能與其運(yùn)動的時(shí)間尺度有關(guān)的新思路。為此，他們設(shè)計(jì)、研究了一系列由剛性框架定子和接枝有烷氧基甲基取代基的苯基轉(zhuǎn)子所組成的分子旋轉(zhuǎn)門，從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算上詳細(xì)研究了這些分子旋轉(zhuǎn)門的動力學(xué)行為，特別是其運(yùn)動的動力學(xué)特征與轉(zhuǎn)子上的柔性鏈特征的相關(guān)性。研究表明，該體系轉(zhuǎn)子上的柔性直鏈取代基的確可以充當(dāng)彈性擋板的角色，在轉(zhuǎn)子于NMR時(shí)間尺度上以中速或快速運(yùn)動時(shí)，抑制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)從而使其以振蕩的方式運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子于NMR時(shí)間尺度上慢速運(yùn)動時(shí)，該抑制機(jī)制失去效用。這是科學(xué)界首次在人工分子機(jī)器體系上觀察到柔性直鏈對整體分子運(yùn)動的抑制影響和運(yùn)動形式的調(diào)節(jié)作用，相關(guān)結(jié)論有助于我們加深理解天然蛋白質(zhì)分子機(jī)器的運(yùn)作機(jī)制，并有可能開辟一個(gè)設(shè)計(jì)更復(fù)雜動態(tài)功能的人工分子機(jī)器的新方向。
相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，北京師范大學(xué)青年教師基金、以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的大力支持。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b10816
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