Tzu-Jou Yao, Yung-En Ke, Wen-Ling Lin, You-Cheng Lin, Chih-Han Yang, Tsai-Ling Hsu,
and Jia-Cherng Horng
J. Phys. Chem. B 2025, 129, 19, 4605–4613

國立清華大學 化學系 洪嘉呈教授

膠原蛋白由三股螺旋組成，為哺乳動物含量最多的蛋白質，一直都是熱門的生物材料。本實驗室致力於膠原蛋白胜肽設計，導入不同非共價作用力以探討其對膠原蛋白結構的影響。在膠原蛋白中，含有很多生理條件下帶正電的胺基酸如精胺酸(Arginine)和芳香族胺基酸如苯丙胺 酸(Phenylalanine)，為了探討這些胺基酸在結構中所扮演的角色，本研究針對陽離子–π作用力進行探討。為了暸解陽離子與芳香基團之間的配對組合與相對位向對三股螺旋結構的影響，我們設計並合成一系列含有精胺酸與芳香族殘基的膠原蛋白模擬胜肽(collagen-mimetic peptides, CMPs)，以檢視兩種類型的軸向陽離子–π配對(N→C 與 C→N方向)和側向陽離子–π配對的貢獻。研究結果顯示N→C 配對可顯著地穩定結構，而C→N 配對與側向配對則導致結構不穩定，其中側向配對有最強的不穩定效應。同時，我們設計包含不同側向與軸向陽離子–π配對的 CMPs，以探討這些配對在同源與異源三股螺旋中的耦合效應。我們發現以個別陽離子–π配對貢獻度所預測之熔化溫度，與同源三股螺旋的實驗值相當吻合。此外，藉由適當的序列安排與設計也發現，具較多 N→C 軸向配對的 CMPs 可形成較穩定的異源三股螺旋。本研究揭示了膠原蛋白三股螺旋中陽離子–π配對效應的重要特性，對於設計與開發膠原蛋白相關材料具有高度參考價值。