近日，ACS旗下著名學(xué)術(shù)期刊《J. Am. Chem. Soc.》以研究論文形式在線報(bào)道了我校科研團(tuán)隊(duì)將人工分子機(jī)器應(yīng)用到離子跨膜傳輸方面的重要研究進(jìn)展，論文題為“An Artificial Molecular Shuttle Operates in Lipid Bilayers for Ion Transport”（JACS, DOI: 10.1021/jacs.8b09580）。基于審稿人的高度評(píng)價(jià)，文章被選為Cover Paper。
生物體內(nèi)存在豐富多樣的分子機(jī)器，其中一項(xiàng)重要功能是控制體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸來維系生命體的正常運(yùn)作，例如轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)離子及小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。這些跨膜蛋白功能的失調(diào)將會(huì)導(dǎo)致一些重大疾病的產(chǎn)生。由于很多天然跨膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理尚不明確，因此化學(xué)家、生物學(xué)家希望構(gòu)筑人工的合成體系來模擬這些蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，從而為研究其運(yùn)輸機(jī)理提供簡(jiǎn)單模型以及為治療相關(guān)疾病提供潛在藥物。
受生物分子機(jī)器的啟發(fā)，曲大輝和包春燕教授合作首次提出利用人工合成的分子機(jī)器-分子輪烷獨(dú)特的梭動(dòng)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)與功能的模擬，進(jìn)行高效、選擇性的離子跨膜運(yùn)輸。在前期研究基礎(chǔ)上，研究人員成功設(shè)計(jì)合成出[2]輪烷分子體系，該輪烷分子就像是纜車一樣，橫跨磷脂雙分子層，通過位點(diǎn)間的布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)離子的被動(dòng)運(yùn)輸。研究證明輪烷的隨機(jī)滑動(dòng)加速了離子跨膜傳輸，而冠醚識(shí)別大環(huán)的引入實(shí)現(xiàn)了鉀離子的選擇性運(yùn)輸。雖然人工分子機(jī)器實(shí)現(xiàn)了很多生物領(lǐng)域的應(yīng)用，但應(yīng)用在人工離子跨膜傳輸領(lǐng)域還是首例。
論文由博士畢業(yè)生陳素君和碩士畢業(yè)生王一川在包春燕教授，曲大輝教授共同指導(dǎo)下完成，同時(shí)獲得了田禾院士、朱麟勇教授、龔學(xué)慶教授、楊弋教授的大力支持和悉心指導(dǎo)。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科技重大專項(xiàng)以及“111”引智計(jì)劃等資金的支持。