多肽自组装体的形成是不同非共价键力共同作用的结果,其中包括氢键、静电、疏水、π-π堆积作用等。在形貌各异的组装体中,多肽和蛋白质纤维一直是科研工作者研究的重点,这主要是由于它们与很多神经退行性疾病密切相关。扭转纤维一直被认为是形成粗纤维或者纤维束的重要中间体,尽管人们通过调控分子结构和外界条件可得到形貌不同的中间体,然而对于其扭转趋势以及手性是如何从分子水平影响超分子组装体的扭转研究甚少。作为组成多肽的基本单元,氨基酸的性质无疑是影响自组装的关键因素。如何通过合理选择氨基酸、设计合成不同多肽,通过非共价键力的平衡调控自组装行为从而实现对组装体形貌和尺寸的控制是众多科研工作者追求的目标。本文以本课题组前期研究的短肽为基础,通过调整氨基酸残基的手性以及加入不同数目的非手性氨基酸甘氨酸,设计合成了不同氨基酸组成的多肽对映体,考察氨基酸手性以及非手性氨基酸残基的引入及引入数目对组装体手性的影响;此外,还通过改变单个氨基酸残基的性质,考察了氨基酸侧链基团对自组装的影响。上述研究工作的开展有助于理解各种非共价相互作用在自组装过程中发挥的作用,明确自组装的机制。（1）氨基酸手性的影响:以Ac-I₃K-NH₂为基础,分别改变异亮氨酸（Ile）的两个手性中心（α-C和β-C）和赖氨酸（Lys）的手性设计并合成了以下三组对映异构体:Ac-^LI₃^LK-NH₂和Ac-^DI₃^DK-NH₂、Ac-^LaI₃^LK-NH₂和Ac-^DaI₃^DK-NH₂、Ac-^DI₃^LK-NH₂和Ac-^LI₃^DK-NH₂。通过系统考察上述多肽的自组装行为,发现氨基酸的手性并未改变组装体的形貌,上述多肽均可形成纳米纤维;但对形成纤维的螺旋方向影响显著:Ac-^LI₃^LK-NH₂、Ac-^LaI₃^LK-NH₂和Ac-^DI₃^LK-NH₂形成的纳米纤维表现为明显的左手螺旋,而Ac-^DI₃^DK-NH₂、Ac-^DaI₃^DK-NH₂和Ac-^LI₃^DK-NH₂形成的纳米纤维则为右手螺旋,说明C端赖氨酸的手性对纤维的螺旋方向起决定性作用,而疏水的异亮氨酸对螺旋的方向没有影响。CD结果表明Ac-^LI₃^LK-NH₂、Ac-^LaI₃^LK-NH₂和Ac-^LI₃^DK-NH₂在220 nm左右有明显的负吸收峰,Ac-^DI₃^DK-NH₂、Ac-^DaI₃^DK-NH₂和Ac-^DI₃^LK-NH₂在220 nm左右的吸收峰为正峰,说明CD特征峰与异亮氨酸的手性密切相关。分子动力学通过β-sheets的形成描述了由分子手性发展到超分子手性的过程,模拟结果表明,Ac-^LI₃^LK-NH₂、Ac-^LaI₃^LK-NH₂和Ac-^DI₃^LK-NH₂形成的β-sheets均表现出强烈的左手旋转方向,Ac-^DI₃^DK-NH₂、Ac-^DaI₃^DK-NH₂和Ac-^LI₃^DK-NH₂形成的β-sheets均表现出强烈的右手旋转方向。（2）非手性甘氨酸的影响:在Ac-I₃K-NH₂的基础上,在疏水氨基酸和亲水氨基酸中间插入不同数目的甘氨酸,并同时改变赖氨酸的手性,分别设计合成了以下6条多肽,Ac-^LI₃G^LK-NH₂、Ac-^LI₃GG^LK-NH₂、Ac-^LI₃GGG^LK-NH₂、Ac-^LI₃G^DK-NH₂、Ac-^LI₃GG^DK-NH₂和Ac-^LI₃GGG^DK-NH₂。研究发现,不同数目甘氨酸的加入并未改变组装体形貌（以上多肽均可以形成纳米纤维）,但对组装体宽度有显著影响,形成纳米纤维的宽度随甘氨酸数目的增多而减小。造成上述现象的主要原因是:甘氨酸的引入能够增强氢键作用,促进组装体沿长轴方向生长,与此同时,甘氨酸侧链的氢原子对疏水作用几乎没有贡献,因而其对侧向方向的生长影响较小,而多肽组装体的形成是不同非共价键力共同作用平衡的结果,最终使形成纤维的宽度随甘氨酸数目的增加而逐渐减小。尽管甘氨酸为非手性氨基酸,但其加入对组装体手性有显著影响,这可能是因为柔性甘氨酸的加入影响了赖氨酸的作用,使得螺旋的方向和甘氨酸的数目有关,数目的改变会造成螺旋方向的反转。（3）氨基酸侧链性质的影响:在Ac-I₃GGK-NH₂的基础上,分别将甘氨酸替换为β-C原子有支链结构的疏水氨基酸和侧链间可以形成氢键的亲水氨基酸,设计合成了Ac-I₃VGK-NH₂、Ac-I₃QGK-NH₂、Ac-I₃SGK-NH₂和Ac-I₃NGK-NH₂。研究发现,Ac-I₃VGK-NH₂可以形成纳米带结构,这是因为疏水缬氨酸侧链的支链结构有利于侧向的生长;Ac-I₃GGK-NH₂只能形成纳米纤维,也证明了疏水氨基酸缬氨酸在侧向堆积中的作用;Ac-I₃QGK-NH₂、Ac-I₃SGK-NH₂和Ac-I₃NGK-NH₂同样可以形成纳米带结构,这是因为酰胺基或者羟基之间可以形成氢键,从而促进sheets在宽度方向上的堆积。另外设计合成Ac-I₃QGK-NH₂的对照多肽Ac-I₃^norVGK-NH₂,研究发现其只能形成纳米纤维,进一步说明了酰胺基或羟基间形成的氢键以及疏水氨基酸β-C支链结构在自组装体侧向生长中的作用。