Введение
Молекула цепи, которая сворачивается предсказуемым образом в растворе.
В химии, фолдамер – это дискретная молекула цепи (олигомер), которая сворачивается в конформационно упорядоченное состояние в растворе. Это искусственные молекулы, имитирующие способность белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов сворачиваться в четко определенные конформации, такие как α-спирали и β-листы. Структура фолдамера стабилизируется нековалентными взаимодействиями между несмежными мономерами. Фолдамеры изучаются с основной целью разработки крупных молекул с предсказуемой структурой. Изучение фолдамеров связано с областями молекулярной самосборки, молекулярного распознавания и химии хозяин-гость.
Дизайн
Размеры фолдамеров могут варьироваться, но они определяются наличием нековалентных, не соседствующих взаимодействий. Это определение исключает такие молекулы, как полиизоцианаты (обычно известные как полиуретан) и полипролины, поскольку они надёжно сворачиваются в спирали благодаря смежным ковалентным связям. Фолдамеры демонстрируют динамическую реакцию сворачивания (развёрнутое состояние → свёрнутое состояние), в которой крупномасштабное макроскопическое сворачивание обусловлено сольвофобными эффектами (гидрофобным коллапсом), а конечное энергетическое состояние свёрнутого фолдамера определяется нековалентными взаимодействиями. Эти взаимодействия работают кооперативно для формирования наиболее стабильной третичной структуры, поскольку полностью свёрнутое и развёрнутое состояния более стабильны, чем любое частично свёрнутое состояние.
Прогноз сгиба
Структура фолдемера часто может быть предсказана по его первичной последовательности. Этот процесс включает динамическое моделирование равновесий при сгибании на атомном уровне в различных условиях. Этот тип анализа может быть применен и к небольшим белкам; однако, по состоянию на 2024 год, вычислительные технологии не позволяют моделировать все, кроме самых коротких последовательностей. Путь сгибания фолдемера можно определить, измеряя отклонение от экспериментально установленной наиболее благоприятной структуры при различных термодинамических и кинетических условиях. Изменение структуры измеряется вычислением среднеквадратичного отклонения атомных позиций основной цепи от наиболее благоприятной структуры. Структуру фолдемера в различных условиях можно определить вычислительным путем и затем подтвердить экспериментально. Изменения температуры, вязкости растворителя, давления, pH и концентрации соли могут предоставить ценную информацию о структуре фолдемера. Измерение кинетики сгибания, а также равновесий сгибания, позволяет наблюдать влияние этих различных условий на структуру фолдемера. Три дизайна, описанные ниже, отличаются от модели Мура. Наиболее крупные группы пептидомиметиков состоят из β-пептидов, γ-пептидов и δ-пептидов, а также возможных мономерных комбинаций. Используя гетеролигопептид, состоящий из α-аминокислот и цис-β-аминоциклопропанкарбоксильных кислот (цис-β-ACC), они обнаружили образование спиральных последовательностей в олигомерах, содержащих всего семь остатков, и определенную конформацию в пяти остатках – свойство, уникальное для пептидов, содержащих циклические β-аминокислоты.
Нуклеотидомиметические
Нуклеотидомиметики обычно не классифицируются как фолдамеры. Большинство из них разработаны для имитации отдельных оснований ДНК, нуклеозидов или нуклеотидов с целью неспецифического воздействия на ДНК. Они находят различные применения в медицине, включая противораковые, противовирусные и противогрибковые препараты.
Абиотические
Абиотические фолдамеры – это органические молекулы, разработанные для проявления динамического сворачивания. Они используют несколько известных ключевых межмолекулярных взаимодействий, оптимизированных в процессе их создания. Примером служат олигопирролы, которые упорядочиваются при связывании с анионами, такими как хлорид, посредством водородных связей (см. рисунок). Сворачивание индуцируется в присутствии аниона: полипиррольные группы в противном случае не имеют значительных конформационных ограничений.
Другие примеры
m Олигомеры фениленэтинилинов стремятся к скручиванию в спиральную конформацию под действием сольвофобных сил и π-π взаимодействий. β-пептиды состоят из аминокислот, содержащих дополнительное звено между амино- и карбоксильной группами. Они более устойчивы к ферментативному разложению и демонстрируют антимикробную активность. Пептоиды – это N-замещенные полиглицины, которые используют стерические взаимодействия для формирования спиральных структур, подобных полипролину I типа. Аедамеры, которые складываются в водных растворах под действием гидрофобных сил и π-π взаимодействий. Ароматические олигоамидные фолдамеры. Эти примеры представляют собой одни из наиболее крупных и хорошо изученных по структуре фолдамеров. Ариламидные фолдамеры, такие как брилацидин.