生物细胞中存在着许多的孔和通道,它们控制着生命体的离子和分子交换,影响着细胞功能和许多的生命过程。离子通道一旦发生基因突变或缺失,将会严重破坏其功能表达,进而导致人体出现离子通道疾病,如遗传性心律失常、糖尿病、癫痫等。因此,对于离子通道的结构以及离子选择传输机制等相关的研究引起了学术界的广泛关注,人们致力于设计合成人工离子通道,以增进对天然通道蛋白传输选择机制的理解,并开发其在生物传感器、能量转换和药物输送等领域的应用潜力。在过去的几十年里,人们已经研究报道了多种人工离子通道,这些人造纳米通道具有与生物通道相似的结构和功能,但是,基于目前的研究,人工通道的性能与天然通道相比仍存在较大差距,如何提高离子传输效率、实现对体系灵敏性的控制以及达到persistent infection专一离子选择性是目前面临的突出问题。为此,进一步构建高选择性和高传输通量的人工通道具有重要的科学意义和研究价值。基于以上思考,本研究选择吡啶-噁二唑作为结构基元,依靠其静电排斥作用形成螺旋折叠体。结构基元的π-π相互作用又能进一步稳定螺旋结构并促进分子间相互堆叠,最终形成内腔富含氧原子的人工螺旋离子通道。此外,选择具有天然成孔嵌膜优势的α-溶血素蛋白,通过对其纳米孔进行功能性修饰改造,构建了具有碱金属离子选择性的人工离子通道,进一步丰富了人工离子通道模型,加深了selleck合成基于通道结构对离子选择性和离子传输速率的理解。1.基于螺旋聚合物构筑人工离子跨膜通道天然钾离子通道蛋白(Kcs A)的活性位点由四个保守的特征序列组成,其中,TVGYG(苏氨酸-缬氨酸-甘氨酸-酪氨酸-甘氨酸)作为选择性过滤器(SF)传导钾离子。选择性过滤器内衬疏水氨基酸,其内部排列的羰基氧原子能够与钾离子配位,从而使其对K~+比Na~+具有更强的选择性。受此启发,我们以吡啶-噁二唑为基元,合成了一种空腔内部富含氧原子、外部修饰有疏水性侧链的芳香螺旋聚合物。芳香螺旋聚合物空腔内的氧原子可作为钾离子结合位点,外部的疏水性侧链有助于其嵌入到脂质双分子层中形成跨膜孔道。经过计算机理论模拟计算,该芳MS-275体内香螺旋聚合物空腔大小为3.4(?),螺距为3.42(?),其大小略大于K~+,因此可以高效的传输K~+和Na~+。结果表明,其对K~+和Na~+的传输效率与天然短杆菌肽处于同一数量级。2.基于α-溶血素纳米孔构筑人工离子通道α-溶血素作为一种天然的成孔蛋白,具有天然的空腔和嵌膜优势。基于其稳定的结构、易于修饰的空腔和良好的生物相容性,人们利用基因突变和化学修饰等手段,构建出很多不同功能化的α-溶血素,被广泛应用于单分子检测和生物传感领域。基于此,根据理论模拟计算,利用基因突变手段,我们将α-溶血素第8位的赖氨酸突变为谷氨酸,将17位的天冬酰胺突变为天冬氨酸,构建了一个具有负电势空腔的α-溶血素纳米孔。进一步地,我们以吡啶-噁二唑为基元,合成了一种带有氨基侧链的螺旋聚合物,该聚合物会被纳米孔的负电势吸引,垂直进入纳米孔空腔,使纳米孔具有离子选择传输特性。α-溶血素天然的纳米孔优势有利于阳离子的富集,加快人工离子通道的离子传输速率。综上,基于对天然蛋白纳米孔改造,我们构建了一种新型的人工离子通道模型,为今后人工离子通道构筑提供了更多的参考。