Kdo糖脂的多态性：由糖结构细节调控的稳定和动态双层膜

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复旦大学陈国颂-江明课题组报道了一种基于稀缺性单糖Kdo（即3-脱氧-d-甘露-2-辛酮糖酸）的糖脂类衍生物的自组装研究。该工作通过实验和计算机模拟相结合，详细研究了糖结构对于双层膜状结构稳定性的影响。为深入理解和认识糖脂的多样性，包括其化学结构和组成如何影响其生物功能提供了一个独特的视角。

细胞膜是由具有不同数量和结构的脂类化合物组成的双分子层状结构。其中的脂质双分子层为亚细胞以及细胞与其周围环境之间提供了重要的屏障。然而，仅屏障功能还不足以解释脂质的巨大多态性。因为脂类化合物的多态性不仅来自于其化学结构和组成，还来自于这些脂类分子自组装所形成的膜的结构和特性。因此，理解脂类化合物的多态性，并探索由此产生的不同功能，对于材料科学及生物学的研究均具有重要意义，同时也极具挑战。

糖脂是细胞膜的重要组成部分，由于糖类化合物的结构多样性，糖脂拥有极大的多态性。它们在维持细胞膜结构以及介导细胞与细胞之间的信息传递方面起着不可或缺的作用。Kdo是一种罕见的八碳糖，它是革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖的重要组成部分，连接着脂质和核心寡糖。与此同时，Kdo并入脂多糖的过程还是革兰氏阴性菌保护外膜组装过程的重要步骤。基于此，复旦大学陈国颂教授课题组提出通过化学合成制备Kdo糖脂衍生物（图1），并以此来研究糖的结构对于所形成的膜状结构稳定性的影响，进而实现对脂类化合物的多态性的认识和理解。

图1

实验及计算机模拟结果共同证明，在烷基链的疏水作用力、酰胺键以及糖上羟基之间的氢键等作用力影响下，S-Kdo及Kdo-S这两种糖脂均能自组装形成双层膜状结构（图2）。其中S-Kdo的分子结构有利于糖环部分的相互作用并促成糖环结构有序排列，导致了其形成的双层膜具有规则的内部结构，以及较高的溶剂可及表面积。因此，该双层膜具有较高的稳定性。而对于Kdo-S，其糖环连接部柔性较大，分子动力学模拟表明其形成的双层膜状结构中糖环的排列呈不规则堆积，这种堆积方式有利于糖上的羟基之间的氢键最大程度的形成。这使得形成动力学捕获的双层膜状结构成为可能。然而，由于Kdo-S中存在羧基，其缓慢去质子化所形成的羧酸阴离子的静电斥力会导致双层膜结构的曲率及溶剂可及表面积的增加，从而导致双层膜结构崩解为球形胶束，并进一步形成螺旋带。

图2

最后，作者将上述糖脂类化合物应用于抗菌研究。实验结果表明，连有长链烷基的阳离子型糖脂S-Kdo对革兰氏阳性菌有着较好的抑制活性。而连有短链烷基的阳离子型糖脂M-Kdo则对革兰氏阳性菌和阴性菌均有着良好的抑制活性。该项研究得到了国家自然科学基金的资助。文章第一作者是陕西师范大学冯颖乐博士，通讯作者是长春应化所张然副研究员和复旦大学陈国颂教授。该研究得到了长春应化所石彤非研究员和陕西师范大学柴永海教授的大力支持。

该工作以Communication的形式发表在CCS Chemistry，已在官网“Just Published”栏目上线。

文章详情：

Polymorphism of Kdo-Based Glycolipids: The Elaborately Determined Stable and Dynamic Bicelles

Yingle Feng, Long Li, Qiqige Du, Lu Gou, Lei Zhang, Yonghai Chai, Ran Zhang*, Tongfei Shi and Guosong Chen*

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202101168

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原标题：《Kdo糖脂的多态性：由糖结构细节调控的稳定和动态双层膜》

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