葫芦脲[6]的应用研究

分享一篇关于主客体化学研究方面的文献，题目是HostGuest Chemistry in theGas Phase: Selected Fragmentations of CB[6]Peptide Complexes at Lysine Residuesand Its Utility to Probe the Structures of Small Proteins（DOI: 10.1021/ac201854a），本文的通讯作者是Hugh I. Kim教授，2015年起在高丽大学化学系任职，目前主要研究方向：（1)合成受体的主客体化学；（2)蛋白质错误折叠、相互作用及相关疾病治疗；（3)动力学控制蛋白质折叠和分子间相互作用动力学；（4)儿童癌症治疗的药物动力学和蛋白质基因组学；（5)开发质谱仪器分析技术。

质谱法在检测蛋白质结构方面的实际应用的发展仍然是一个活跃的研究领域。目前，串联质谱(MSn)技术广泛应用于蛋白质、多肽的序列分析，测定蛋白质、多肽序列的方法还有电子捕获/转移解离(ECD/ETD)、碰撞诱导解离(CID)、表面诱导解离(SID)、红外多光子解离(IRMPD)、黑体红外辐射解离(BIRD)等。许多方法已经被进一步发展，以检查蛋白质的高级结构。结合理论计算，采用离子迁移质谱(IM-MS)技术筛选气相蛋白、肽结构的应用已扩展蛋白质的四级结构；使用IM-MS已能够检测共价结合蛋白质复杂的结构等。

主客体化学也可应用于探测蛋白质的结构。之前已有研究者发现赖氨酸残基与18-crown-6 (18C6)在多肽中具有高度特异性的相互作用，并在此基础上实现了在溶液中探测蛋白质的结构，这种方法称为选择性蛋白质共价的加合物探测(SNAPP)。18 c6与赖氨酸残基的具体识别是通过它们在气相中的强相互作用实现的，但是在溶液中，它们之间的相互作用很弱。

  葫芦[n]脲(CB[n],n = 5 - 8,10)是自组装中性环分子,由n甘脲[═C4H2N4O2═]重复单元构成。每两个单元之间由两个亚甲基(−CH2−)桥接，从而形成一个闭环结构。葫芦脲的内部空腔结构具有疏水性，且包含两个极性羰基结构。目前CB[n]分子已被广泛应用于多肽、蛋白质的识别，超分子构建等方面的研究，然而，对CB[n]的气相主客体化学方面研究较少。

在本研究中，作者研究了CB[6]对多肽中赖氨酸残基的气相主客体性质及其结合质谱技术探测小分子蛋白结构的潜在效用。

在溶液相中，CB[6]腔径小，但可与由烷基基团组成的氨基酸(丙氨酸, 亮氨酸,赖氨酸)形成复合物。在这些氨基酸中,CB[6]能够与赖氨酸残基形成强度适当的复合物。这一特定的相互作用在复合物离子通过电喷雾电离被转移到气相中后能够被保护。通过CID发现具有CB[6]的双电荷质子肽在m/ z549.2处有高度选择性的片段产物，经检测确定，此片段产物为CB[6]-5IPA复合物，赖氨酸上产生这一碎片的选择性分离是由赖氨酸的b型离子与a型离子先后引发的。为了检验其通用性，作者还通过LiK (LISFYAGK)肽段、亮氨酸脑啡肽-赖氨酸、[赖氨酸8]-抗利尿激素证明了CB[6]与赖氨酸有强相互作用。

随后，作者又通过泛素中的CB[6]复合物来说明这一方法对蛋白质结构的检测。泛素是一种含76个氨基酸残基的蛋白质酶，其中含有7个赖氨酸残基(Lys6, Lys11, Lys27, Lys29, Lys33, Lys48, andLys63)，实验证明，在水中CB[6]是与Lys6和 Lys11结合，在水与乙腈为1:1的混合溶液中，CB[6]与七种赖氨酸残基均能结合，但当泛素保持其固有结构时，CB[6]只能与Lys6, Lys11, Lys48, andLys63 进行结合。并且，在液相中泛素与CB[6]的结合与溶液环境有关，经质谱检测，在水中时泛素表现为6+~8+的电荷态，在水：乙腈为1:1的溶液中，电荷态高达13+，这表明，在水、乙腈混合的溶液中，泛素与CB[6]结合之前就已经变性，这就是在水与乙腈为1:1的混合溶液中，CB[6]与七种赖氨酸残基均能结合的原因。随后通过低能量CID使其产生片段，进一步通过串联质谱检测来推断蛋白结构。

本研究有较高的应用价值，是一种非常有前景的应用质谱技术检测蛋白质结构的方法。