近日，华东理工大学化学与分子工程学院包春燕教授和曲大辉教授，在利用轮烷分子机器模拟天然转运蛋白的结构和功能，实现高效、阳离子选择性跨膜运输的工作基础上，进一步引入偶氮苯光致异构基团，通过光调控轮烷梭动实现可逆ON/OFF离子跨膜运输，在具备高效、离子选择性的基础上，进一步实现了门控的离子传输。相关研究成果发表于《德国应用化学》。
基于离子跨膜传输在生理、病理和药理学上的重要作用，人工离子传输体系的合成与研究引起了化学家们的极大兴趣，在模拟天然体系转运机制和功能的同时，也为相关疾病的诊断和治疗提供潜在的应用价值。
轮烷分子像缆车一样横跨整个磷脂双分子层膜，当偶氮苯为trans构象时，轮烷分子在位点间随机、自由的穿梭可以实现离子的跨膜运输。当分子光异构化为cis构象时，弯曲的结构阻碍了轮烷的梭动，从而阻止了离子的跨膜运输。紫外光谱、一维及二维核磁结果证明了轮烷分子两种构象的光可逆异构化，并测得trans-异构体的梭动速率远高于cis-异构体。膜片钳和荧光脂质体跨膜活性实验证明，trans-异构体是一种高效的离子传输体系，能产生通道电流信号，说明分子能横跨磷脂膜通过位点间的梭动实现离子的高效传输。与trans-异构体相比，cis-异构体因轮烷梭动运动的受阻，离子跨膜活性大大降低，从而实现仿生膜上原位ON/OFF的光门控离子跨膜运输。
专家表示，这项研究在发展新型光门控人工离子传输体系的同时，还将有助于理解膜蛋白的离子转运机制，有望运用分子机器的穿梭运动，实现轮烷类人工离子转运体系在新药研发领域的应用。
相关论文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202102838
