树枝化多肽聚合物及双亲树形大分子的合成与表征

【摘要】本论文包括两方面的内容：（1）探究多肽在受限环境下的二次有序构象变化对理解蛋白质等生物大分子的功能具有重要的意义，树枝化多肽结合了树枝化聚合物和多肽的共同特点及性能优势，具有重要的研究价值。本论文通过分子设计，对具有新型结构的树枝化多肽和多肽分子刷的合成，二次有序构象稳定性与温度敏感行为及其对多肽有序构象的影响进行了深入研究；（2）双亲树形大分子具有高度支化的结构、极好的对称性、单分散性及优异的自组装性能，在生物医药及纳米材料具有广泛的应用前景。本论文设计合成了基于亲疏水性树枝化基元的双亲树形大分子，并对其温度敏感诱导聚集进行研究。具体内容包括如下四部分：1.树枝化聚脯氨酸的合成及其温敏和构象稳定性研究分别采用表面接枝路线和大单体路线有效制备了具有不同序列结构的烷氧醚类树枝化脯氨酸多肽聚合物，并对其温敏行为和二次有序构象的稳定性以及二者之间的关系进行了深入的研究。在温敏行为的研究方面，发现树枝化基元的结构（树枝化基元代数或外围基团）及树枝化基元在聚脯氨酸主链的排列方式控制其温度敏感性能。在二次有序构象的研究方面，树枝化基元的代数（一代或二代）及聚脯氨酸主链多肽序列中脯氨酸残基4位碳的构型（S构型或R构型）均对聚脯氨酸多肽在水溶液中的有序构象产生明显地影响，并决定其稳定构象的形式及PPI与PPII构象的转变。更有意义的是，温敏诱导的聚集过程可以促使树枝化聚脯氨酸倾向于从亲水的PPII螺旋构象转变为疏水的PPI螺旋构象。本工作首次通过温度调控实现多肽在水溶液中螺旋构象的快速可逆转变。这部分工作将为聚多肽或蛋白在受限环境下构象稳定性研究提供扎实理论基础。此外，本工作采用原子力显微镜（AFM）技术对树枝化脯氨酸多肽聚合物在两种不同螺旋构像状态下的单分子形貌进行了统计和分析，验证了聚脯氨酸主链在PPI到PPII构象转变前后的单分子形貌变化。2.烷氧醚化聚L-酪氨酸本工作利用Williamson醚化反应、通过“一步法”将线性烷氧醚链（TEG）及一代树枝化基元（EtG1）接枝到聚L-酪氨酸（Poly-L-tyrosine，PLT）主链，分别制得了烷氧醚修饰的聚L-酪氨酸多肽聚合物PLT-TEG和PLT-G1。PLT-TEG不溶于水，而PLT-G1的水溶性良好，并被赋予了优异的温敏性能，其相转变温度接近人体温度（～36oC）。温度诱导的聚集过程影响聚L-酪氨酸多肽的二次有序构象。该方法简单且高效、将为制备新型智能多肽提供了新的途径和思路。3.脯氨酸多肽聚合物分子刷采用大单体路线制备了以聚甲基丙烯酸甲酯为主链，(2S,4S)-4-氨基脯氨酸二代树枝化基元为侧链的高分子量多肽聚合物分子刷，其中树枝化基元与主链之间分别采用不同长度的线性烷氧醚链、脯氨酸二肽（P2）和脯氨酸八肽（P8）作为链接单元。通过AFM对聚合物链的形貌进行表征。发现当链接单元为柔性链时，聚合物主链具有很好的柔顺性；当链接单元为较为刚性的P2时，仍然未对主链刚性有明显影响；而当链接单元为P8时，由于脯氨酸八肽能够形成非常稳定的PPII构象，此螺旋结构形成的位阻效应迫使聚合物主链变得更加伸展，刚性明显增强。这是首次通过改变聚合物侧链的螺旋状态来达到对聚合物链刚性的控制的目的。4.烷氧醚双亲树形分子的制备及温敏行为研究制备了一系列由烷氧醚类树枝化基元和带有两个疏水烷烃链的树枝化基元构建成的双亲树形分子，重点考察了这种双亲分子在水溶液中的温敏行为。发现其在一定的亲疏水比例范围内具有多重温度响应特性，即随着温度的升高，双亲分子的溶液状态依次出现：澄清—混浊—澄清—混浊的现象，降温过程全完可逆。此外，其温度敏感特征对浓度依赖性小。通过改变分子结构中亲疏水部分的比例，可以实现对各个阶段的温度点的微调。这类温敏树形分子的研究进一步拓展了烷氧醚类树枝状聚合物在温敏行为方面的应用。
【作者】张修强；
【导师】张阿方；
【作者基本信息】上海大学，材料学，2014，博士
【关键词】树枝化聚合物；多肽；温度敏感；双亲树形分子；

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