北京化工大学金钰龙JACS：光介导折叠体-自复制子相互转化

在生命体系中，催化和信息存储由两种不同类型的生物聚合物介导，例如具有明确定义的折叠大分子（最显著的是蛋白质）负责催化，而核酸主导信息遗传。目前尚不清楚这两种不同生物聚合物之间的这种分工是如何产生的，以及在原始生命中是否已经存在类似的分工，或者这两种功能是否可以由一种聚合物完成。在前期研究工作中，作者首次发现了质子响应的大小和形状转换的动态共价折叠体网络，这为构建具有自适应行为的折叠体开辟了新途径（J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 2822）。进一步，作者展示了一个非生物系统，其中单个构建块可以寡聚化以产生自复制分子或折叠体，具体取决于条件。相关成果在线发表在J. Am. Chem. Soc.上，北京化工大学金钰龙副教授为一作兼通讯作者，荷兰格罗宁根大学Sijbren Otto教授和德国慕尼黑大学Ivan Huc教授为共同通讯作者。

图1. 二肽衍生物在水溶液中形成的动态组合化学库，以光为能源可驱动自复制分子1₆和折叠体1₁₅的相互转化。

具体而言，含双巯基的二肽衍生物1作为构建块，在适度升高pH的水溶液中，通过机械搅拌可诱导构建块选择性地氧化聚合形成环状6聚体自复制子（1₆），1₆通过分子间非共价相互作用，形成超分子聚合物纤维。在没有机械搅拌或在较低的pH条件下，6聚体纤维的形成会受到抑制，导致15聚体折叠体（1₁₅）的积累。因此，折叠体和自复制子可以响应外部刺激而相互转化，包括机械剪切力和pH值变化。进一步，通过引入可逆光酸，光照射可以控制介质的pH循环改变，使系统远离平衡态，驱动复制子和折叠体之间的相互转化：在光照射下，系统进入亚稳态，其中折叠体占主导地位，当停止照射时，系统会自发恢复到复制子占主导地位的状态。

图2. 动态组合化学库的机械剪切力响应性。

图3. 1₁₅折叠体的表征。

图4. 1₁₅折叠体的单晶结构。

图5. 溶液pH值对自复制子（1₆）和折叠体（1₁₅）的影响。

图6. 光控自复制子与折叠体的相关转化。

复制子和折叠体之间的耦合创建了一个可以形成两个物种的系统，光能的输入可以暂时将系统从复制子状态（“基因型”）驱动到折叠体状态（“表型”）。这种基因型-表型分离将成为达尔文进化的重要推动因素，现在的挑战是赋予折叠体一种有益于系统的功能（例如催化活性），以促进达尔文进化过程中此类基因型-表型耦合的选择。

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Light-Mediated Interconversion between a Foldamer and a Self-Replicator

Yulong Jin*, Pradeep K. Mandal, Juntian Wu, Armin Kiani, Rui Zhao, Ivan Huc*, Sijbren Otto*

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c09114