本文发表于《Journal of Molecular Structure》2020年第1221卷，题为《Role of Side-Chain and Chirality of the Amino Acids on the Supramolecular Assemblies of Dipeptides》。该研究由印度理工学院古瓦哈提分校化学系的Sayanta Roy、Rajat Subhra Giri、Gobinda Dolai和Bhubaneswar Mandal等人共同完成。研究主要探讨了不同氨基酸侧链和手性对二肽超分子自组装的影响，旨在揭示氨基酸侧链结构和手性如何调控二肽的自组装行为，进而为设计新型肽类材料提供理论支持。

研究背景

氨基酸是蛋白质和多肽的基本组成单元，其侧链结构和手性对多肽和蛋白质的三维结构形成具有重要影响。侧链与主链之间的相互作用以及侧链之间的相互作用共同决定了多肽和蛋白质的稳定性。近年来，非天然氨基酸的设计与开发成为研究热点，这些非天然氨基酸在肽的二级结构（如螺旋或转角）形成中发挥着重要作用。特别是交替L/L和L/D氨基酸序列的二肽，其自组装行为因其手性差异而表现出不同的超分子结构。本研究通过设计并合成了一系列交替L/L和L/D氨基酸序列的二肽，研究了其超分子自组装行为，揭示了侧链和手性对自组装结构的影响。

研究流程

研究分为以下几个步骤： 1. 二肽的合成与表征：研究团队合成了四种二肽，分别为Boc-L-Ile-L-Phe-OMe (1)、Boc-L-Ile-D-Phe-OMe (2)、Boc-L-Ile-L-Phg-OMe (3)和Boc-L-Ile-D-Phg-OMe (4)。这些二肽通过传统的溶液相偶联方法合成，并使用高效液相色谱（HPLC）、质谱（MS）和核磁共振（NMR）进行表征。 2. 单晶X射线衍射（SC-XRD）实验：通过SC-XRD实验，研究团队获得了这些二肽在晶体状态下的分子排列信息。实验结果表明，1和3分别形成了单螺旋和圆柱状结构，而2和4则形成了不连续的双螺旋结构。 3. 圆二色光谱（CD）实验：CD实验用于研究二肽在溶液中的构象。结果显示，1和3在溶液中形成了β-折叠和β-转角的混合结构，而2和4则表现出相反的Cotton效应，表明其手性差异对构象的影响。 4. 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）实验：FE-SEM实验用于观察二肽的自组装形貌。结果显示，1形成了螺旋带状结构，3形成了纳米管状结构，而2和4则形成了纳米棒状结构。

主要结果

1. 晶体结构分析：SC-XRD实验表明，1和3的晶体结构因其侧链差异而显著不同。1形成了单螺旋结构，而3则围绕水分子形成了圆柱状结构。2和4由于手性差异，形成了不连续的双螺旋结构。
2. 溶液构象分析：CD实验表明，1和3在溶液中形成了β-折叠和β-转角的混合结构，而2和4则表现出相反的Cotton效应，表明其手性差异对构象的影响。
3. 自组装形貌分析：FE-SEM实验表明，1形成了螺旋带状结构，3形成了纳米管状结构，而2和4则形成了纳米棒状结构。

结论与意义

本研究通过系统研究交替L/L和L/D氨基酸序列的二肽的自组装行为，揭示了侧链和手性对超分子结构的影响。研究结果表明，侧链的微小变化（如苯丙氨酸和苯甘氨酸的差异）可以显著改变二肽的自组装行为，而手性差异则会导致不同的超分子结构。这些发现为设计新型肽类材料提供了重要的理论依据，特别是在肽类模拟物和纳米材料的设计中具有潜在的应用价值。

研究亮点

1. 新颖的研究对象：本研究首次系统研究了交替L/L和L/D氨基酸序列的二肽的自组装行为，揭示了侧链和手性对超分子结构的影响。
2. 创新的实验方法：研究团队结合了SC-XRD、CD和FE-SEM等多种实验手段，全面揭示了二肽在晶体和溶液中的自组装行为。
3. 重要的科学价值：研究结果为设计新型肽类材料提供了重要的理论依据，特别是在肽类模拟物和纳米材料的设计中具有潜在的应用价值。

其他有价值的内容

研究团队还详细讨论了二肽自组装行为的分子机制，特别是侧链与主链之间的相互作用如何影响二肽的构象和自组装行为。这些讨论为进一步研究肽类材料的自组装行为提供了重要的参考。