构筑蛋白质基超分子聚合物模拟光捕获系统

Construction of supramolecular polymers by using protein biulding blacks is regarding as a new research filed. In this project, we propose to develop new type of protein-based supramolecular polymers and to use them to mimic the natural light-harvesting system.By using protein self-assembly and ligand induced protein self-assembly strategies, new technologies and metheds for preparing new type of protein-based supramolecular polymers such as line, cycle, branched and dendrimer types with different morphology will be developed. Through optimizing the self-assembly methods, we try to realize the modulation and controlled preparation of protein-based supramolecular polymers,and obtian adjustable protein-based supramolecular polymers both on structure and function.Beased on these protein-based supramolecular polymers, we plan to mimic the function of absorbing and transferring light of natural light-harvesting system, and to realize highly efficient and long-range transmission of light energy. Taking advantage of current technology and means,we will study the the driving forces of self-assembly and reveal the relationship and the rules of structure-function of protein-based supramolecular polymers and light-harvesting functions.

利用生物大分子蛋白质作为构筑基元制备超分子聚合物是超分子科学新兴的研究领域。本课题提出以蛋白质基超分子聚合物模拟自然界光捕获系统的功能为导向，以发展结构新颖的蛋白质基超分子聚合物为目标，利用蛋白质自组装、配体辅助蛋白质自组装等策略构筑多层次蛋白质超分子聚合物，建立制备线形、环形、超支化等不同形貌的蛋白质基超分子聚合物的新技术和新方法。通过对自组装方法的优化实现对蛋白质基超分子聚合物的结构调控，获得结构与功能可调控的蛋白质基超分子聚合物，实现蛋白质基超分子聚合物的可控制备。以新型蛋白质超分子聚合物为基础，模拟自然界光捕获系统捕获光能及能量传输的功能，获得多种基于蛋白质组装体的高效光捕获系统，最终实现能量在超分子聚合物体系中的长程传递。运用各种现代技术和手段研究蛋白质基超分子聚合物组装驱动力、结构与功能关系及一般规律等基础科学问题。

课题按计划进行，已圆满完成了课题提出的各项研究指标。课题紧紧围绕“构筑蛋白质基超分子聚合物，模拟天然光俘获功能”这一主题，开展了系统的研究。获得系列研究成果：（1）蛋白质基超分子聚合物构筑方法学研究：发展了多种以超分子力驱动制备蛋白质基超分子聚合物的新方法，实现了从1D到2D蛋白质超分子聚合物的可控制备（参见ACS Nano 2016, 10, 421-428）。（2）蛋白质基超分子聚合物的结构调控研究：设计制备了系列具有刺激响应性的蛋白质基超分子聚合物，利用光、离子信号、蛋白质折叠与解折叠等手段实现了对蛋白质基超分子聚合物的结构调控（Chem. Commun., 2016, 52, 6001-6004; Chem. Commun., 2016, 52, 2924-2927; Chem. Commun., 2017, 53, 10532-10535）。(3) 蛋白质基超分子聚合物模拟光捕获系统：发展了多种构筑多维蛋白质组装体的新方法，制备了规则有序的单分子层二维蛋白质片层纳米阵列，将蛋白质组装体成功用于模拟天然光捕获系统，实现了高效能量转移（ACS Nano, 2017, 11, 938-945；ACS Nano. 2019, 13, 1861−1869）。