近日，華東理工大學化學與分子工程學院教授包春燕和曲大輝，在利用輪烷分子機器模擬天然轉運蛋白的結構和功能，實現高效、陽離子選擇性跨膜運輸的工作基礎上，進一步引入偶氮苯光致異構基團，通過光調控輪烷梭動實現可逆ON/OFF離子跨膜運輸，在具備高效、離子選擇性的基礎上，進一步實現了門控的離子傳輸。相關研究成果發(fā)表于《德國應用化學》。
基于離子跨膜傳輸在生理、病理和藥理學上的重要作用，人工離子傳輸體系的合成與研究引發(fā)了化學家極大的興趣，其在模擬天然體系轉運機制和功能的同時，也為相關疾病的診斷和治療提供了潛在應用價值。
輪烷分子像纜車一樣橫跨整個磷脂雙分子層膜，當偶氮苯為trans構象時，輪烷分子在位點間隨機、自由的穿梭可以實現離子的跨膜運輸。當分子光異構化為cis構象時，彎曲的結構阻礙了輪烷的梭動，從而阻止了離子的跨膜運輸。紫外光譜、一維及二維核磁結果證明了輪烷分子兩種構象的光可逆異構化，并測得trans—異構體的梭動速率遠高于cis—異構體。膜片鉗和熒光脂質體跨膜活性實驗證明，trans—異構體是一種高效的離子傳輸體系，能產生通道電流信號，說明分子能橫跨磷脂膜，通過位點間的梭動實現離子的高效傳輸。與trans—異構體相比，cis—異構體因輪烷梭動的受阻，離子跨膜活性大大降低，從而實現仿生膜上原位ON/OFF的光門控離子跨膜運輸。
專家表示，這項研究在發(fā)展新型光門控人工離子傳輸體系的同時，將有助于理解膜蛋白的離子轉運機制，有望運用分子機器的穿梭運動，實現輪烷類人工離子轉運體系在新藥研發(fā)領域的應用。(花雪苑 黃辛)
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