肽核酸（PNA）基两亲分子的设计、合成及性质研究

结合肽核酸（PNA）对DNA识别的特异性、灵敏性以及两亲分子的自组装特性，设计合成具有不同拓扑结构的PNA基两亲分子。通过在分子中引入不同种类和数目的极性氨基酸（带正电荷的Lys、Arg、His和带负电荷的Glu、Asp）调控分子的水化能力，通过引入不同长度的烷基链赋予分子一定的疏水性，得到具有优良表界面活性和自组装能力的目标分子。利用动态光散射、透射电镜、原子力显微镜、圆二色谱等检测手段，结合中子反射、激光共聚焦荧光显微镜等技术，深入研究PNA基两亲分子的表面性质、体相自组装行为和固/液界面的吸附行为，揭示目标分子的结构特征与其表界面性质和自组装行为之间的关系。在此基础上，考察PNA基两亲分子在体相中以及固/液界面上的DNA杂交作用，明确溶液自组装过程和界面组装模式对DNA杂交功能的影响。研究将拓宽两亲分子的结构设计理念，推动具有生物功能性的新型两亲分子体系的发展。

本项目按照研究计划，在短肽及肽核酸（PNA）基两亲分子的设计、合成及性质研究方面开展了大量工作，建立了短肽及肽核酸基分子的合成和提纯方法；研究了分子的表界面活性、自组装行为，考察了外界条件对自组装行为的影响；利用PNA与DNA的碱基识别特性，研究了二者的共组装行为及用于DNA凝聚和转运；进一步，利用原子力显微镜（AFM）单分子力方法研究了PNA与DNA杂化的单分子力学行为。.（1）短肽及PNA基分子的设计、合成与提纯.设计合成了系列短肽及PNA基两亲分子（A9K、XnC、I3YGK等短肽分子及TTT、TTTTTT、Lys-TTTTTT-C2、KK-TTTTTT-C2、IIIKK-TTT、TTT-IIIKK 、TTT-AKAEAKAE、AAA-AKAEAKAE、TTT-IKIEIKIE、TTT-AAAAAAAA、Cys-O-CGCTTTTTTGCG-Lys、Cys-O-TTTTTT-Lys），建立了合成与提纯方法。.（2）短肽及PNA基分子的自组装行为研究.1）测定了短肽两亲分子的表面张力、临界聚集浓度等基本性质，关联了其表、界面活性与分子结构的关系。深入研究了短肽分子的自组装行为，考察了pH、盐离子种类和浓度等溶液条件的影响。对以酰胺基团为骨架的目标分子的基本性质和组装行为有了系统深入的认识。.2）对多个系列的PNA基分子的自组装行为进行了深入研究，对比考察了序列变化，肽段/氨基酸、烷基链引入对分子性质和自组装行为的影响。发现引入离子互补功能性肽序列的PNA基分子表现出非常强的自组装能力，在极低浓度下可以自组装形成规整纳米结构。.（3）PNA基分子与DNA的共组装及用于DNA凝聚.研究了PNA-离子互补肽段杂化的分子与互补DNA片段的共组装行为，发现DNA对肽核酸分子的组装有模板诱导作用。进一步PNA-肽杂化分子与DNA的强相互作用可以在非常低的浓度下可以实现λ-DNA的有效凝聚，推测凝聚过程应该是通过一种“碱基互补配对识别—静电作用”的机理进行。.（4）PNA-DNA杂化的单分子力学研究.分别对二氧化硅基底和原子力针尖进行DNA和PNA分子的修饰，然后通过AFM单分子力谱模式对PNA-DNA的杂化行为进行了研究，考察了碱基错配、盐离子浓度、拉伸速率等对杂化过程的影响，明确了PNA-DNA杂化的力学行为，从单分子力学层次了解了其作用机制。