基于多肽自组装的人工金属酶

模拟酶,又称人工酶,是在分子水平上模拟天然酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征的分子或分子聚集体。随着纳米科学和超分子技术的发展,构筑具有生物催化活性的超分子模拟酶已经成为科学研究和应用开发领域的热点。肽组装金属酶是以多肽分子为基本单元,在非共价作用力协同作用下形成的超分子组装体。相比其他功能性材料,肽人工金属酶的结构及生物化学性质更接近天然酶,其分子本身更利于修饰改造,且生物相容性和功能性较好,使其在模拟酶方面具有独特优势。本文总结了近年来通过多肽自组装构建人工金属酶的研究进展,重点综述了多肽组装模式、组装体微观结构、超分子结构、金属活性中心微环境以及pH值对模拟酶催化活性的影响。增加自组装微结构的稳定性、增加催化活性以及扩大由人工酶催化的反应类型是肽人工金属酶研究中的主要挑战。构筑更加稳定的肽自组装纳米结构及更加精确的活性中心以模拟天然酶的结构和活性中心是正确的策略。     

基于肽组装凝胶的超分子模拟酶

模拟酶,或称人工酶,是一类利用有机化学方法合成的比天然酶简单的非蛋白质分子。随着纳米科学和超分子技术的发展,构筑具有生物催化功能的超分子模拟酶材料已经越来越成为科学研究和应用开发领域的热点。肽组装凝胶是以多肽为基本单元,在非共价力驱动下形成的一种新型超分子组装体,相比其他功能性材料,肽凝胶的结构及生物化学性质更接近天然酶,分子本身更利于修饰改造,且生物相容性好,这些特点令其在模拟酶方面具有独特优势。本文总结了近几年肽组装凝胶模拟酶在催化水解反应、Aldol反应和氧化还原反应中的最新研究进展,探讨了肽组装程度、微观结构、超分子结构、活性中心微环境以及pH对模拟酶活性的影响,介绍了肽凝胶模拟酶的应用领域,并对目前肽组装凝胶模拟酶研究中存在的问题与发展方向进行了分析和展望。     

新颖双核铜配合物[Cu2（C7H（19）N3O）2（C（10）H8N2）]（ClO4）4·H2O的合成、晶体结构及表征

生物体内由金属离子构成的水解酶的活性中心结构和催化机理是生物无机化学领域研究的热点问题。在天然水解酶中,锌离子被认为是结合底物和亲核基的催化活性中心,它可以活化底物的羰基或水分子。而在模拟酶研究中发现,含其它金属离子活性中心的某些有机配合物具有相似于水解酶的催化活性。解永树等研究了含醇羟基和酚羟基链型氮氧杂配体与Cu（Ⅱ）的配合物催化NA酯的水解动力学。1．[二（2-氨基乙基）氨基1．2-丙醇是带羟基臂的重要的有机多胺配体,     

催化水解反应的肽基模拟酶的活性来源、催化机理及应用

肽基材料由于其与蛋白质高度相似和结构可控等优势,是构建人工模拟酶的一种理想材料;此外,小肽中氨基酸排列的多样性、序列的自组装特性、纳米结构稳定性、结构简单易于设计、良好生物相容性等优势,使得构建具有高效催化活性的肽基模拟酶具有非常好的应用前景。利用肽基材料通过理性设计活性位点来构建模拟酶具有多方面优势:(1) 氨基酸序列可以直接从天然酶中的活性位点获得,保留酶的功能,但降低了酶固有的复杂性;(2) 肽序列中可以嵌入各种具有特定结构及功能的活性位点,便于对模拟酶进行人工理性设计;(3) 肽具有良好的生物相容性,可以在温和条件下催化反应进行。根据催化降解化学键的不同,可将肽基水解模拟酶分为以下几种:催化酯键降解的肽基模拟酶、催化肽键降解肽基模拟酶、催化糖苷键水解的肽基模拟酶。本文主要分析了具有水解酶活性的肽基模拟酶的活性来源、构建方法及微观结构、催化反应类型、催化影响因素、活性改善方法、作用机理及未来潜在应用等;以期为构建具有高效水解催化活性的模拟酶提供借鉴,推进肽基水解模拟酶的研究发展及实际应用。     

膦、胂叶立德的化学与应用(ⅩⅣ)——膦、胂叶立德和丙炔酸甲酯的反应及部分加合物的水解

本文研究了甲氧羰基亚甲基三苯基胂(1b)、苯甲酰基亚甲基三苯基膦(1b)、胂、乙酰基亚甲基三苯基膦、胂、氰基亚甲基三苯基膦、胂、对-硝基苯基亚甲基三苯基膦(1i)和1-甲基-2-乙氧羰基亚甲基三苯基膦等9个膦、胂叶立德与丙炔酸甲酯(2)的反应以及1b和2反应的加合产物1,3-二甲氧羰基亚烯丙基三苯基胂(3b)及1i和2反应的加合产物1-甲氧羰基-3-对硝基苯基亚烯丙基三苯基膦(3i)在含水甲醇中的水解。     

以四肽自组装体为模板制备手性3-氨基苯酚甲醛树脂纳米纤维

采用经典的固相合成法制备了一对烷基取代丙氨酸四肽衍生物对映体,研究了其在不同溶剂中的成胶行为,并以其在甲醇中形成的超分子自组装体为模板,利用溶胶-凝胶法制备了单手螺旋3-氨基苯酚甲醛树脂纳米纤维.利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察超分子自组装体及3-氨基苯酚甲醛树脂的螺旋形貌,并利用圆二色谱研究其光学性质.研究发现,3-氨基苯酚甲醛树脂纳米纤维既具有纳米尺度的手性,又具有分子尺度的手性.手性从小分子形成的自组装体传递到高分子树脂中.     

利用人工氧还酶体系催化L-苹果酸氧化脱羧反应

利用含人工氧还酶体系的粗酶液代替纯酶催化反应,以省去酶分离纯化过程.由苹果酸酶突变体ME-t(MEL310R/Q401C)和非天然辅酶烟酰胺5-氟胞嘧啶二核苷酸(NFCD+)组成的人工氧还酶体系可以催化氧化L-苹果酸生成丙酮酸,并得到非天然辅酶的还原态(NFCDH).利用含人工氧还酶体系的粗酶液催化反应,只得到单一产物丙酮酸,其选择性与纯酶催化的相同.来自粪肠球菌Enterococcus faecalis的NADH氧化酶(NOX)可再生NFCD+.与含NAD+,ME粗酶液和NOX粗酶液的偶联反应体系相比,含NFCD+,ME-t粗酶液和NOX粗酶液的体系获得的丙酮酸产率高9%,而副产物乳酸明显减少.可见人工氧还酶体系使用更方便,且产物选择性更高,有望代替纯酶催化反应.这为降低生物催化剂的成本,扩大生物催化反应的应用提供了一种新的策略.     

二苯丙氨酸短肽手性结构的可控组装

以阳离子二苯丙氨酸（Cationic dipeptide,CDP）为组装基元,通过控制熟化时间,在乙醇溶液中分别获得了平滑的纳米纤维和螺旋纤维结构.通过红外光谱和圆二色光谱系统研究了CDP在乙醇溶液中的组装体随时间的变化.研究发现,CDP在乙醇中可以组装成纳米纤维的结构.随着在乙醇中熟化时间的增加,CDP纳米纤维发生扭曲,最终组装成绳状的螺旋纤维结构.光谱数据分析表明纳米纤维转变成螺旋纤维主要源于相邻肽分子中的正电荷之间的强静电排斥作用和肽分子间氢键作用控制的β-折叠二级结构.这项工作通过简单的控制熟化时间实现了对超分子组装体结构的调控,为超分子手性组装体的可控制备提供了一种简单可行的方法.     

DNA增强金纳米颗粒过氧化物模拟酶活性检测K~+

许多纳米材料因具有与天然酶类似的催化活性而被应用于过程催化和酶促动力学分析等领域.本研究发现,当单链DNA如核酸适配子包被在金纳米颗粒表面时,金纳米颗粒的过氧化物模拟酶活性被增强,能催化更多的酶底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)生成氧化态的蓝色产物,在650 nm处出现特征吸收峰.若进一步加入能与核酸适配子结合的靶物如K+,由于靶物与核酸适配子的特异性结合形成G-4折叠而从金纳米颗粒表面脱离,导致模拟酶活性降低,溶液颜色变浅,650 nm处的吸光度值随之降低.以此为反应基础,建立了靶物K+的可视化检测分析方法.以650 nm处吸收值变化(ΔA650)对K+浓度的自然对数进行拟合,发现在1.5×10-4~2.8×10-3 mol/L范围内有良好的线性关系,相关系数(r)为0.9916.本方法有很好的选择性,同时具有较强的普适性,可应用于其他具有核酸适配体的物质检测.     

N-Boc-APT合成及其自组装修饰金电极电化学行为

以L 苯丙氨酸为原料经还原反应得到氨基醇,再用Boc基团对中间体进行氨基保护得到(S) 3 苯基 2 叔丁氧羰基氨基 1 丙醇,甲磺酰化后与硫代乙酸钾在DMF中反应得到(S) 3 苯基 2 叔丁氧羰基氨基 1 丙硫醇乙酸酯,再脱除乙酰基后得到目标产物(S) 3 苯基 2 叔丁氧羰基氨基 1 丙硫醇(N Boc APT).分别应用红外光谱、核磁共振对中间体和目标化合物进行表征.同时,利用自组装技术将N Boc APT修饰于金电极表面,并测定其相关的电化学性能;此外,还将金纳米粒子组装在上述修饰电极上,并研究亚甲基蓝于该修饰电极的电化学行为.结果表明,金纳米粒子对该电极过程具有促进作用.     

烙印分子刚性对分子烙印手性固定相手性拆分能力的影响

采用丙烯酸胺+2-乙烯基吡啶复合功能单体烙印了刚性较小的苯甲氧羰基-L-丝氨酸、苯甲氧羰基-L-丙氨酸和具有一定刚性的苯甲氧羰基-L-脯氨酸,发现丙烯酸胺+2-乙烯基吡啶体系对于分子刚性较小的分子也具有很好的烙印效果,表明不是烙印分子的刚性而是带有的与功能单体作用的化学功能基团才是实现分子烙印的关键.     

纳米酶

纳米酶(Nanozymes)是由我国科学家首次提出的新概念,它是一类具有生物催化功能的纳米材料,能够基于特定的纳米结构催化天然酶的底物并作为酶的代替品。自2007年首次报道以来,全球已有来自于55个国家的420多个研究机构证实了纳米酶的普遍规律。纳米酶的发现第一次揭示纳米材料蕴含一种独特的纳米效应——类酶催化效应。纳米酶作为一种新材料,既有纳米材料本身的理化性质,又有类似酶的催化功能,兼具天然酶与人工酶的优势于一身。其中,纳米结构不仅赋予纳米酶高效催化功能,而且使纳米酶比天然酶稳定,易于规模化生产。另外,纳米酶独特的多酶活性将为设计廉价、稳定、各种各样全新的催化级联反应提供功能分子。纳米酶是多学科交叉融合的典范,2022年被IUPAC评为十大化学新兴技术。在全球从事化学、酶学、材料学、生物学、医学、理论计算等多领域科学家的共同推进下,如今纳米酶已经成为新的研究热点。我国科学家在这一新兴领域一直发挥着引领作用,解析了纳米酶的构-效关系,将其催化活性提高了约1万倍,实现了超越天然酶的理性设计,创造了全球首个纳米酶产品,出版了纳米酶学英文专著,发布纳米酶术语及中国/国际标准化。更可喜的是,纳...     

3-(9-芴甲氧羰基)四氢噻唑-2-硫酮的合成及其晶体结构

在吡啶存在下, 由9-芴甲氧羰酰氯与四氢噻唑-2-硫酮反应得到3-(9-芴甲氧羰基)四氢噻唑-2-硫酮, 产率为78.0%。用X射线衍射法测定晶体结构, 属正交晶系, Pca21空间群, 晶体学参数:a=0.9654(2), b=2.8032(1), c=0.6069(2)nm, Z=4。分子中的C=O与C=S基团处在C(3)-N-C(4)键的同侧, 为顺式结构。用PM3分子轨道方法研究该化合物的电子结构、电荷和键序分布、前线轨道性质。     

硫代硫酸钠脱除氨基酸铜络合物中铜的研究

报道了用硫代硫酸钠脱去侧链保护氨基酸铜络合物中铜离子的新方法,该方法适用于合成Nδ-苄氧羰基鸟氨酸、Nδ-叔丁氧羰基鸟氨酸、Nδ-芴甲氧羰基鸟氨酸、Nδ-乙酰基鸟氨酸、Nδ-邻苯二甲酰基鸟氨酸、Nε-苄氧羰基赖氨酸、Nε-叔丁氧羰基赖氨酸、Nε-芴甲氧羰基赖氨酸、Nε-乙酰基赖氨酸、Nε-邻苯二甲酰基赖氨酸、γ-苄基谷氨酸、β-苄基天门冬氨酸.产物用元素分析法与1H NMR法进行了表征.探讨了反应温度、时间、投料比例、溶剂对脱铜反应的影响.实验结果表明,以硫代硫酸钠作为脱铜试剂,侧链保护氨基酸铜络合物与硫代硫酸钠的物质的量比为1∶1或1∶2,60℃反应1.5～2.0h,收率与产物纯度均较高.该方法简便、高效、环境友好.     

超分子手性聚苯胺-金复合纳米酶的构建及其对映选择性催化

对映选择性催化是生物体内普遍存在的反应,与生命的产生代谢有着非常紧密的联系。设计研发具有高对映选择性催化效果的纳米酶在各类生物医药相关领域都至关重要。目前,关于纳米酶的研究大都集中在提高其催化活性,而涉及纳米酶对映选择性的研究相对较少。已有对映选择性酶催化报道表明,手性纳米酶主要通过手性分子修饰纳米颗粒来构建。考虑到天然酶的选择性不仅仅取决于氨基酸等手性分子的手性,而且与蛋白质空间排列和折叠所产生的超分子手性微环境密切相关,因此构建具有超分子手性微环境的纳米酶也成为设计具有优异对映选择性纳米酶的有效途径。此外,为了进一步提高手性纳米酶的对映选择性,深入理解手性纳米酶选择性因子的影响因素也成为一个重要研究方向。基于此,本文构建了一种由不含任何手性分子的M-聚苯胺(M-PANI)扭曲纳米带和三种不同尺寸(3、10和16 nm)的金纳米颗粒(AuNPs)组成的超分子纳米复合材料。扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和X射线光电子能谱结果证实了M-PANI-Au超分子纳米复合材料的成功制备。同时,圆二色光谱显示M-PANI-Au超分子复合材料具有清晰的手性信号,表明它们在手性纳米催化方面具有潜在应用。以手性R-/S-3, 4-二羟基苯丙氨酸(R-/S-DOPA)对映体的催化氧化为模型反应,该类纳米酶对R-DOPA的催化选择性均高于对S-DOPA。进一步研究表明,得益于超分子手性聚苯胺载体和3 nm AuNPs之间的强手性传递作用,3 nm Au NPs(2.59)负载的M-PANI比10 nm Au NPs(1.46)和16 nm NPs(1.58)负载的M-PANI具有更高的选择因子。这一发现阐明了手性转移是调控对映选择性催化的关键影响因素,为负载型超分子手性纳米酶的构建和设计提供了方向和指导。     

基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计

蛋白质是生命体的重要组成部分,其中生物酶在生命体系中发挥至关重要的作用。蛋白质分子设计是研究生物酶结构与功能关系的重要手段。本文综述了基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计与功能研究进展,包括对天然蛋白的重新利用和重新改造,基于3-股螺旋、4-股螺旋或锌指蛋白的分子设计,以及血红蛋白(如细胞色素b₅和肌红蛋白突变体)水解酶催化活性的调控等,阐明了人工水解酶分子设计的基本思路与研究方法,为合理构建人工水解酶或其他生物酶提供了重要的信息。人工水解酶的理性设计进展,不但深化我们对天然酶结构-性质-反应-功能关系的认识,而且还提升我们创造具有优越功能的人工生物酶的能力。     

天冬酰胺丙酮叉在多肽合成中的应用

L-天冬酰胺(Asn)与丙酮在KOH的甲醇溶液中反应得到具有丙酮叉结构的环化天冬酰胺[cAsn(acetone)]。该化合物在缩合剂1-乙基-3-(3′-二甲氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(EDC I)和1-羟基苯并三氮唑(HOB t)存在下,与芴甲氧羰基(Fmoc)保护的酪氨酸(Fmoc-Tyr(B zl)-OH)、苯丙氨酸(Fmoc-Phe-OH)和丙氨酸(Fmoc-A la-OH)在二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺溶液中反应得到新的二肽Fmoc-Tyr(B zl)-cAsn(acetone)-OH、Fmoc-Phe-cAsn(acetone)-OH和Fmoc-A la-cAsn(acetone)-OH,收率分别为35%、30%和30%。其中Fmoc-Tyr(B zl)-cAsn(acetone)-OH与苯丙氨酸二肽酰胺(H-Phe-Phe-NH2)在相同的缩合条件下反应生成四肽Fmoc-Tyr(B zl)-cAsn(acetone)-Phe-Phe-NH2,收率为70%。乙酸中Pd-C催化加氢可同时脱去酪氨酸残基上的芴甲氧羰基和苄基(B zl)保护基,首次得到内吗啡肽-2(endomorph in-2,H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2)的环化天冬酰胺类似物H-Tyr-cAsn(acetone)-Phe-Phe-NH2,收率为60%。应用核磁共振、红外、质谱和高分辨质谱测试技术对目标产物和中间体的结构进行了表征。小鼠醋酸扭体法对类似物的镇痛活性进行了初步的研究。结果表明,当剂量为2.4×10-5g/Kg时,镇痛抑制率为45%。     

新型2-甲氧羰基-5-芳甲亚胺基苯磺酰胺的合成及其生物活性

在微波或超声波辅助下,2-甲氧羰基-5-氨基苯磺酰胺与取代苯甲醛反应合成了8个新型2-甲氧羰基-5-芳甲亚胺基苯磺酰胺(3a ～ 3h),其结构经1H NMR,MS及元素分析表征.生物活性测试结果表明,大部分3具有一定的杀菌活性,其中3b和3f在用量为500 mg·L-1时,对黄瓜菌核病的防治效果高于90％.     

基于氧化铈双重纳米酶活性的比率型比色传感器检测对氧磷

基于氧化铈(CeO₂)的类有机磷水解酶和类氧化酶活性发展了一种比率型比色传感方法，实现了对氧磷的灵敏、准确检测。具有类有机磷水解酶活性的CeO₂纳米粒子(CeO₂ NPs)可催化对氧磷水解为对硝基苯酚，其在400 nm处有明显吸收峰，溶液体系由无色变为黄色；Ce O₂还具有类氧化酶活性，催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化为氧化态TMB，在653 nm处有明显吸收峰，溶液由无色变为蓝色。当目标物对氧磷存在时，400 nm处吸光度(A₄₀₀)增高；同时对氧磷抑制其类氧化酶活性，653 nm处吸光度(A653)降低。基于对氧磷加入前后体系A₄₀₀/A653比值的变化，实现了对氧磷的灵敏、准确检测，检出限为0.03μmol/L(S/N=3)。利用本方法检测了韭菜样品中对氧磷的含量，加标回收率在92.0%～99.2%之间。本研究发展了一种基于CeO₂纳米酶双重活性的比率型比色传感检测方法，为食品中对氧磷残留的灵敏检测提供了新策略...     

肽的研究——Ⅱ.带保护基的胰岛素A鏈羧端九肽的合成

本文报告带保护基的胰島素A鏈羧端九肽Ⅰ(N-苄氧羰基亮氨酰-酪氨酰-谷氨酰胺酰-亮氨酰-γ-甲酯-谷氨酰-天冬酰胺酰-酪氨酰-S-苄基半胱氨酰-天冬酰胺甲酯)的合成。Ⅰ是由N-苄氧羰基亮氨酰-酪氨酰-谷氨酰胺酰-亮氨酸(四肽Ⅱ)和由N-苄氧羰基-γ-甲酯谷氨酰-天冬酰胺酰-酪氨酰-S-苄基牛胱氨酰-天冬酰胺甲酯(五肽Ⅲ)脫N-保护基所得氨端自由的五肽(Ⅲa)經二环己基碳二亚胺法縮合而成。四肽Ⅱ和五肽Ⅲ分別由二种不同方法合成。多肽Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ皆經元素分析、紙层析、紙电泳、酶水解分析証明系純粹,均一的L-型。在合50％的二甲基亚碸的三(羥甲基)甲胺緩冲液中亮氨酸氨肽酶仍能将脫N-保护基的四肽与九肽完全水解为相应的氨基酸。