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13
2026
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05
Angew:新型弱氢键水通道，实现硝酸根高选择性运输
作者：
在生命体系中，细胞膜上的蛋白质通道负责调控水分子和离子的跨膜运输，这对维持细胞代谢、pH平衡和渗透压至关重要。其中，水通道蛋白（Aquaporins, AQPs） 是自然界中**水运输系统之一，不仅能快速转运水分子，还能几乎完全排斥离子和质子。更有趣的是，某些AQP变体（如AQP6）还表现出对硝酸根（NO₃⁻） 的偏好性运输，其选择性可超过氯离子（Cl⁻）9倍以上。然而，模仿这种“既能输水，又能识别特定阴离子”的功能，一直是人工通道设计领域的难题。大多数人工阴离子转运体主要关注氯离子，而对硝酸根的选择性研究相对较少。硝酸根在植物营养、信号传导以及某些生理过程中扮演着重要角色，因此开发高选择性的硝酸根人工转运通道具有重要的科学意义和应用价值。传统上，强氢键（如N─H）被广泛用于阴离子识别和运输。但强结合往往也意味着高摩擦和低迁移率。能否通过更弱的相互作用，实现更高的选择性和更的水/离子运输？
本文摘要
跨膜水运输在很大程度上取决于动态的、正在转运的水团簇如何在氢键（HB）通道内被稳定下来。瞬态通道的结构有序性和短期无序性在离子和水的转运中都扮演着重要角色。强的氢键作用可能会导致水结合紧密并降低其迁移率。假设，较弱的氢键结合位点会减少水摩擦，从而增强水渗透，同时由于膜内离子未满足的去水合要求而抑制离子运输。在此，展示了弱氢键 CH 给体氰基苯乙烯能够通过脂双层内自适应的、有序度较低的水通道促进水运输，其水转运效率部分依赖于 CH 给体位点的强度。通过精细调控 CH 给体强度和结合几何构型，可以调节阴离子运输选择性，从中等的 NO₃⁻ 优于 Cl⁻ 选择性，到高 NO₃⁻ 选择性运输，最终到纯粹的水运输。例如，实现了超过 200 倍的 NO₃⁻/Cl⁻ 选择性和约 100 倍的 NO₃⁻/Br⁻ 选择性，而一些体系则显示出检测不到的 Cl⁻ 或 Br⁻ 运输，同时仍保持强大的 NO₃⁻ 运输活性。这项工作代表了向自适应跨膜水通道迈出的一步，并突显了基于氢键 CH 给体的通道在水转运以及提高 NO₃⁻/Cl⁻ 选择性方面的潜力。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/qrgY1n_YVrfsYNGVFju8IQ
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