用于钾选择性跨膜运输的合成大循环纳米孔

丹乔,喜工朱·乔希,黄缇志朱,富士王,杨旭,嘉高,雪河黄,阿勒克省阿克斯蒂艾,以及剑东冯
美国化学学会杂志143(39.)15975-15983(2021)
DOI:10.1021 / Jacs.1C04910宾馆

强调

再现生物膜通道的结构和功能,已开发用于膜过滤技术和生物分子感测的应用的合成纳米孔。稳定的独立式合成纳米孔已经由多种材料产生,包括肽,核酸,合成聚合物和固态膜。然而,与生物纳米孔形成鲜明对比,这些合成纳米孔具有原子定义的形状,包括每个和每种化学组的故意放置,仍然是一个重大挑战。在这里,我们将化学合成的大分子延伸,延长的泊丙烯宏观(EPM)作为化学限定的跨膜纳米孔,其表现出选择性跨膜运输。我们的离子电流测量显示单个EPM纳米孔的稳定插入脂质双层膜和显着的阳离子型选择性转运,其在钠离子上的钾选择性高达21倍。在一起,直接化学合成提供了一条新的新型合成纳米孔设计的路径,其具有在原子定义的化学结构中印迹的自定义传输功能。

抽象的

再现生物膜通道的结构和功能,已开发用于膜过滤技术和生物分子感测的应用的合成纳米孔。稳定的独立式合成纳米孔已经由多种材料产生,包括肽,核酸,合成聚合物和固态膜。然而,与生物纳米孔形成鲜明对比,这些合成纳米孔具有原子定义的形状,包括每个和每种化学组的故意放置,仍然是一个重大挑战。在这里,我们将化学合成的大分子延伸,延长的泊丙烯宏观(EPM)作为化学限定的跨膜纳米孔,其表现出选择性跨膜运输。我们的离子电流测量显示单个EPM纳米孔的稳定插入脂质双层膜和显着的阳离子型选择性转运,其在钠离子上的钾选择性高达21倍。在一起,直接化学合成提供了一条新的新型合成纳米孔设计的路径,其具有在原子定义的化学结构中印迹的自定义传输功能。

EPM分子的旋转视图,说明纳米孔的3D结构。使用绿色球形示出构成纳米孔的收缩区域的非氢原子,而使用紫色球显示PHE侧链。

EPM纳米孔的全ATOM MD模拟嵌入POPC脂质双层膜中并在一箱水和离子中溶剂化。电影的左侧面板显示了500 ns长MD模拟轨迹的剖面视图。使用红色球形显示水分子的氧原子。使用黄色和绿松石球形显示钠和氯离子。通过绿色球体示出中央掠夺分子,而使用紫色球显示PHE侧链。电影的右侧面板同时显示MD模拟期间EPM孔的侧视图。