由携带有不同电荷的聚电解质形成的复合物或凝聚物在蛋白质封装剂、药物载体、水下黏合剂等领域有广泛应用。由于和细胞内的无膜细胞器具有相同的形成机制，凝聚物微滴还被用作原始细胞的模型，探索原始地球环境下生命起源的可能机制。静电作用中引起的熵增一般被认为是复合或凝聚的主要驱动力，但对于有生物大分子参与的体系，疏水相互作用、氢键、链的刚柔性、二级结构等都会产生显著影响。如何区分不同因素的贡献、并据此设计多因素协同调控的聚电解质复合体系仍然是富有挑战性的课题。具有特定序列的多肽能够把确定数目的带电基团、疏水基团以及二级结构等因素结合起来，为解决上述难题提供了思路。

      基于此，北京大学化学与分子工程学院梁德海教授课题组自主设计了序列为(XXLY)₆SSSGSS 的多肽，其中“X”和“Y”为可变氨基酸残基。不同氨基酸序列的疏水性（GRAVY）和电荷数目见表1。利用激光共聚焦显微镜和光散射技术，课题组系统研究了这些多肽与单链寡聚核苷酸（ss-oligo）在不同pH值下的复合和相变行为。

表1 多肽的名称、疏水性和净电荷数。

      对于电荷密度高，且电荷数目随pH值不发生明显变化的多肽RRLR和RRLC，静电相互作用是主导因素，二者与ss-oligo在所研究的实验条件下都通过液-液相分离形成了凝聚物，电荷密度越高，尺寸越大（图1）。

图1 多肽/ss-oligo凝聚过程中静电相互作用为主导。

       疏水相互作用在体系中的电荷被中和后才会表现明显：一则是疏水性强的多肽自身会发生沉淀, 如HHLC在pH 8.0的情况；二则是会造成所形成的凝聚物微滴尺寸增加（图2）。

图2 多肽/ss-oligo凝聚过程中疏水相互作用的贡献。

      多肽二级结构的影响甚至超过了静电相互作用。表2列出了RRLC和RRLE分别与ss-oligo形成复合物后二级结构的变化。α-helix和β-sheet自身的规整性好，当二者的含量相对较高时，多肽和ss-oligo倾向于形成固体沉淀，而无规结构（random）对于液-液相分离则是有利的（图3）。

图3 多肽/ss-oligo凝聚过程中二级结构的贡献。

        光散射的研究也支持上述结论。

      该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Charged Polymers"专辑。任天昊博士研究生是该论文的第一作者，梁德海教授为通信联系人。

原文信息：

Polyelectrolyte Complexes and Coacervates Formed by De novo-Designed Peptides and Oligonucleotide

Ren, T. H.; Liang, D. H.

Chinese J. Polym. Sci. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3096-6