分享一篇最近发表在Biomacromolecules上的文章，题目为Solution Behavior of Glyco-Copoly(L‑Glutamic Acid)s in Dilute Saline Solution。这篇文章的通讯作者是来自德国波茨坦大学化学研究所的Helmut Schlaad教授。
由于糖在细胞识别、免疫反应及其他生物过程中起着重要作用，含糖聚合物是一类在生物医药应用中具有潜力的功能材料。但大多数复杂的糖聚合物结构与天然糖蛋白的化学结构相去甚远，一类最简单的糖蛋白模拟物是含有部分糖基化的均聚氨基酸，它可以通过不同N-羧基内酸酐（NCA）开环共聚合来制备。
在本研究中，作者利用两种单体（L-谷氨酸/DL-烯丙基甘氨酸）合成了一系列具有相同链长和组成但是具有不同分布的共聚物，随后利用巯基-烯反应在双键上后修饰了糖基。作者系统地研究了这些糖基化共聚物在溶液中的二级结构和组装行为，为进一步理解糖基化对聚合物二级结构和自组装行为的影响提供了基础（图1）。
作者以100：13的比例共聚BLG NCA和DL-烯丙基甘氨酸(AG) NCA。在含有引发剂的DMF中同时加入这两种单体可以得到统计分布的无规共聚物1a（假设两种NCA反应性类似）；为了得到梯度共聚物，作者先均聚BLG NCA，然后分别在8分钟(~ 30%转化率)或50分钟(~ 70%转化率) 加入AG NCA，得到梯度共聚物1b和1c。水解苄基后（聚合物分别记为2a-c），使用巯基化的糖对双键后修饰得到约10%糖修饰的聚氨基酸3a-c（图2）。在这里双键的修饰效率约85%，作者认为可能是空间位阻阻碍了巯基自由基的反应。 聚谷氨酸PLG与聚合物2a-c、3a-c在水溶液中的二级结构都会随pH变化而变化，所有样品在pH > 5时均为无规线团构象，在pH = 5时开始转变为α-螺旋，并在pH = 4时螺旋度达到最高。有差异的是，对于非糖基化的聚氨基酸PLG与2a-c，在pH低于3.9时溶液会出现沉淀，而糖基化的聚氨基酸3a-c则仍具有较好的溶解性（图3A）。 不同分布的糖基聚合物对二级结构也有影响。3a和3b的最大螺旋度仅为~ 40%，低于相应的非糖基化前体2a(56%)和2b(49%)，而3c的最大螺旋度(56%)比2c(47%)高，接近PLG参考样品的60%。因此，作者认为不同的糖基化残基的分布和位置对共聚肽链的折叠有不同的影响：统计分布无规共聚物中的糖基化残基会干扰α-螺旋的形成，而梯度共聚肽中糖基化残基分布较为集中，可能促进螺旋的形成（图3B）。图3. 水溶液中的二级结构。A) 聚合物2a在不同pH下的CD光谱；B、C)聚合物螺旋度随pH的变化 作者用动态光散射（DLS）和冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）分析了这些聚合物在不同pH下的聚集行为。当pH为7.1时，即共聚物侧链羧基均带电且为无规线团，PLG与共聚物2a−c不形成任何形式的聚集体(粒径<10 nm)；在pH约4.3时，PLG和2a−b仍未观察到聚集体，而2c聚集成表观直径约为100 nm的聚集体，透射电镜显示形成了较大的不规则纳米纤维，可能是由于形成了两亲性螺旋结构。图4. 共聚物2c在pH = 4.21时形成纳米纤维的Cryo-TEM图像 而对于糖基化的共聚物3a-c，它们在pH = 7.1 或4.4时全部组装成了直径约100 nm的聚集体（图5）。尤其是在pH = 7.1时，羧基理论上是完全电离亲水的。与传统的疏水效应形成的胶束不同，这里的聚集可能是葡萄糖之间的氢键相互作用或通过亲水效应形成的。与葡萄糖结合的水分子多于与羧酸盐结合的水分子，可能会产生渗透压，这种渗透压通过微相分离而平衡。 作者认为这些聚集体是由于糖和羧酸盐之间亲水性的差异，在较低pH值下，羧酸盐部分质子化，亲水性降低，进一步促进了糖和谷氨酸富集区域的微相分离。Cryo-TEM显示，共聚物3c在中性时为不规则聚集，而在弱酸性时为球形聚集体。这些聚集体可能是“复合大分子胶束”或囊泡，具体类型有待进一步研究。图5. 糖基化共聚物3a-c在不同pH下的Cryo-TEMDOI: 10.1021/acs.biomac.4c00288Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00288
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