铜转运蛋白与癌症的研究进展

铜是所有生物体中必不可少的一类具有氧化还原性质的过渡金属,也是催化抗氧化、铁稳态、细胞呼吸和各种生化过程关键酶的辅助因子.但是,由于其潜在的毒副作用,细胞内游离的铜离子必须受到严格的调控.铜离子平衡的失调会导致包括癌症和神经退行性疾病的发生和发展.例如,铜离子的积累可能会导致氧化应激的增加以及与大分子非特异性地结合.因此,大多数细胞进化出复杂的铜调节和转运系统,以满足细胞对铜离子的需求,同时减少其潜在的毒性.本文详细介绍了铜转运蛋白Ctr1、铜伴侣蛋白CCS、Atox1、COX17对于维持细胞内铜离子平衡的重要意义,同时着重介绍了铜伴侣蛋白在肿瘤中的研究进展以及相关药物的发展,为铜紊乱疾病治疗新靶点的发现和药物的研发提供了理论基础.     

含铁蛋白介导的铁转运分子机制

铁是生命体必需的微量元素,因为它是一些重要功能酶的协同因子。这些功能酶有着广泛的功能,从呼吸作用到核酸的复制。但是,当铁含量多于细胞稳态的时候,它将产生对机体有毒的羟基。生物体已经发展了自身的调控机制,包括铁的摄取,存储和输出来控制细胞内的铁处于平衡态。二价阳离子转运蛋白,铁输出蛋白和hephaestin参与小肠吸收,转铁蛋白和转铁蛋白受体参与铁的摄取和转运,铁蛋白可以存储铁,铁调控蛋白的功能是调节铁代谢。这篇文章综述着重阐述了含铁蛋白介导的铁传递机制。     

生物无机化学的新台阶

作为生命化学的重要组成部分,生物无机化学开始进入成熟发展阶段。这首先表现在它所研究的覆盖面迅速扩展。除了在金属蛋白和金属酶方面由铁、铜、锌、钴……等扩大到诸如镍酶、钒酶、锰酶、钼酶、钨酶……等以外,还从金属蛋白扩大到以非金属元素为活性元素的蛋白,如硒     

多核金属酶(蛋白)中的金属原子簇及其化学模拟

一、金属原子簇酶(蛋白)研究的重要意义 70年代以来,陆续发现在许多重要的多核金属酶或蛋白的活性中心中,过渡金属原子间存在明显的电子相互作用,而这种电子相互作用在生物系统中对生物功能具有重要意义,它使各金属原子得以作为生物功能的组成单元参与酶(蛋白)的整个生化过     

单核铁-氧和锰-氧加合物研究进展

生物体系中,金属酶活化氧气进而参与新陈代谢相关的各种氧化反应,可高效实现有机化合物氧化反应.因此,揭示金属酶的循环机理,对发展清洁高效的催化氧化反应具有重要的指导意义.金属酶的循环过程通常会形成一系列的金属-氧加合物,如金属超氧、过氧、过氧化氢、氧及羟基等物种.由于生物体的酶循环过程十分复杂,所形成的高活性的金属-氧加合物极难捕捉和表征.为此,化学家开展了生物酶的仿生模拟研究,即用化学的方法仿照酶的活性位点构建具有类似配位环境的金属中心,获得人工合成的各种金属-氧加合物,进而了解其结构与活性.本文以近年来单核铁-氧和锰-氧加合物取得重要进展为背景,举例说明金属酶活化氧气所涉及的金属-氧加合物,并重点从结构及活性等方面总结了模拟酶的金属-氧加合物的研究进展.     

我国国家科学基金化学科学重大项目简介

过渡金属原子簇化合物化学的研究——项目简介之十一过渡金属原子簇化合物的主要特征是:过渡金属原子一般形成多面体骨架,经常通过金属——金属键联结起来,周围配位着各种形式的若干非过渡元素原子或基团.这类化合物是近年来国内外十分活跃的化学前沿研究领域.首先,生物无机化学的研究表明,许多酶和蛋白(特别是金属酶)的活性中心是钼、铁、铜等过渡金属和硫等非过渡元素组成的簇合物,因此开展钼铁铜硫簇合物的基础研究,对于阐明酶和蛋白活性中心的作用机理进而实现化学     

铜转运蛋白C端金属结合域与Ag~+及Hg~(2+)的相互作用

铜转运蛋白(CTR1)不仅参与铜的细胞摄取,而且在其它重金属离子的摄取过程中也发挥重要作用.本文采用紫外-可见(UV-Vis)光谱,核磁共振(NMR)和质谱(MS)的方法,研究了人源CTR1(hCTR1)的C端金属结合域(C8)与Ag+和Hg2+的相互作用.研究表明,Ag+和Hg2+都能与C8结合,但二者与C8的结合机制明显不同.每个C8分子可以结合两个Ag+离子,但一个Hg2+却可以与两个C8形成桥联.此外,Ag+离子与C8的配位是一个中等速度的交换过程,而Hg2+离子则为快速交换过程.C8的半胱氨酸残基是两种离子的重要结合位点,同时组氨酸残基也参与两种金属离子的配位,其中Ag+优先结合组氨酸,而Hg2+则对半胱氨酸的结合具有显著的优势.虽然HCH基序对C8与金属配位至关重要,一些远端的其它氨基酸也可以参与C8与银离子的配位,这可能与CTR1在摄取Ag+过程中的金属转移机制相关.这些结果为理解hCTR1蛋白摄取重金属离子的作用机制提供了必要的信息.     

人工金属酶分子设计新进展:肌红蛋白研究实例分析

金属酶在生物体中发挥着多种至关重要的作用,而人工金属酶的分子设计能够调控和拓展天然金属酶的功能,甚至创造出功能更为优越的新型酶分子。肌红蛋白（Mb）是作为血红素蛋白或其他金属蛋白分子设计的理想蛋白模型。近些年,基于Mb蛋白骨架的人工金属酶的分子设计逐渐发展了多种研究策略,包括设计氢键网络、金属结合位点、分子内二硫键、利用蛋白翻译后修饰、引入非天然氨基酸和非天然辅基等。本文着重综述这些方面的最新研究进展,可以帮助我们深刻认识金属酶的结构与功能关系,同时掌握人工金属酶分子设计的思路与方法,从而有助于推动这一领域的快速发展。     

基于蛋白质工程的人工金属酶——半合成金属酶在原子转移反应中的应用

近年来,随着生物技术的进步,基于蛋白质工程的人工金属酶?半合成金属酶的研究及应用取得了突飞猛进的发展.在原子转移反应中,半合成金属酶已经能够高效、高选择性地催化氧化、不对称氢化、碳-碳键偶联等多种反应.通过对蛋白质的突变和对人工辅酶的修饰与改进,可以实现对酶的功能、催化效率以及立体选择性等多方面的调控.通过对半合成金属酶的研究,能够更深入地理解二级配位环境,为设计和制备高效"绿色金属催化剂",以及为探索金属配合物与蛋白质的相互作用、发展无机金属药物提供崭新的途径.     

金属离子对金属蛋白结构与功能的调控

生命金属在生命过程中以不同的化学方式发挥着重要的作用。质膜、细胞器膜等使不同的生命金属在生物体系中有着不同的隔室化分布,相应的金属蛋白或金属伴侣蛋白在维持金属离子内稳态(homeostasis)中起着关键作用。生命体系中广泛存在着具有两个以上金属离子结合部位的金属蛋白。在确定的生理微环境下,由于金属离子结合热力学性质的不等价,该类金属蛋白的生物学功能取决于所结合金属离子的种类及多少。本文以伴刀豆球蛋白A、铜/锌超氧化物歧化酶、中心蛋白、锌指蛋白为例,介绍了金属离子在调控金属蛋白生物学功能中的作用。因此,深入研究金属离子与金属蛋白结合的热力学性质对于理解生命过程的无机化学基础具有重要意义。     

镍催化均相不对称氢化反应研究进展

过渡金属络合物催化的均相不对称氢化反应是合成手性化合物的重要方法之一,目前主要集中于钌、铑、铱和钯等贵重过渡金属催化体系,这些贵重过渡金属催化体系面临着地球储量有限、价格昂贵和重金属污染环境等问题,因而发展地球储量丰富、价格低廉、无毒或低毒且对环境友好的铁、钴、镍和铜的均相不对称氢化反应催化体系符合现代化学可持续发展的要求和趋势.简要综述了近些年来廉价金属镍催化的均相不对称氢化反应研究领域的新进展,基于前手性不饱和化合物双键的不同类型,即碳-氧双键(C=O)、碳-碳双键(C=C)以及碳-氮双键(C=N)等,依次介绍它们的研究现状,目前已经取得了突破和可观的研究成果,系统地分析了镍催化体系中催化氢化不同类型底物的优势与不足,并展望了未来的研究方向.     

铜转运蛋白C端金属结合域与Ag+及Hg2+的相互作用

铜转运蛋白(CTR1)不仅参与铜的细胞摄取,而且在其它重金属离子的摄取过程中也发挥重要作用. 本文采用紫外-可见(UV-Vis)光谱,核磁共振(NMR)和质谱(MS)的方法,研究了人源CTR1 (hCTR1)的C端金属结合域(C8)与Ag⁺和Hg²⁺的相互作用. 研究表明,Ag⁺和Hg²⁺都能与C8结合,但二者与C8的结合机制明显不同. 每个C8分子可以结合两个Ag⁺离子,但一个Hg²⁺却可以与两个C8形成桥联. 此外,Ag⁺离子与C8的配位是一个中等速度的交换过程,而Hg²⁺离子则为快速交换过程. C8的半胱氨酸残基是两种离子的重要结合位点,同时组氨酸残基也参与两种金属离子的配位,其中Ag⁺优先结合组氨酸,而Hg²⁺则对半胱氨酸的结合具有显著的优势. 虽然HCH基序对C8 与金属配位至关重要,一些远端的其它氨基酸也可以参与C8 与银离子的配位,这可能与CTR1 在摄取Ag⁺过程中的金属转移机制相关. 这些结果为理解hCTR1 蛋白摄取重金属离子的作用机制提供了必要的信息.     

Triphos配体在羧酸及其衍生物和CO_2的氢化反应中的应用研究进展

羧酸及其衍生物和二氧化碳中羰基的还原无论在基础研究中还是在工业生产上都是最重要的转化之一.在环境问题日益严峻的今天,以氢气作为还原剂实现这些化合物的还原具有极大的吸引力.由于均相催化反应具有反应条件温和、活性高及催化体系易于调节等优点,发展高效、高选择性的均相催化氢化体系来实现这些羰基化合物的还原成为了研究的热点.近年来,过渡金属与不同类型配体形成的催化体系在羧酸衍生物和二氧化碳的氢化反应中的应用得到了深入的研究,取得了一些重要的进展.其中,过渡金属与1,1,1-三(二苯基膦基甲基)乙烷(triphos)形成的催化体系在多种类型羧酸及其衍生物和二氧化碳的氢化中表现出了独特的反应活性和选择性.本文主要介绍triphos与过渡金属钌、钴和铜形成的催化体系在羧酸及其衍生物和二氧化碳的氢化反应方面取得的进展以及相关反应机理的探讨.     

铁硫蛋白模型化合物的研究进展

本文综述了目前国际上对铁硫蛋白模型化合物研究的进展情况，介绍了NH---S氢键和芳香环在这些模型化合物及其天然蛋白中的作用。作为铁硫蛋白活性中心的模型，至今已有许多化合物被合成出来，通过这些模型化合物的研究知道，NH---S氢键和芳香环在调控配合物及天然蛋白的氧化还原电位和稳定性方面起着非常重要的作用。另外，作为顺式乌头酸酶、固氮酶等金属酶的模型，已成功地合成了含3Fe4S核以及含钼的铁硫簇合物。     

化学模拟唯铁氢化酶研究进展*

氢化酶(hydrogenase,简称H2ase)是一类存在于微生物体内的重要生物酶,它可以催化氢的氧化反应,也可以催化还原质子产生氢气.根据氢化酶活性中心金属的不同,可以大致分为三类:Fe-Fe氢化酶,Ni-Fe氢化酶和不含金属的氢化酶.本文主要介绍近年来唯铁(Fe-Fe)氢化酶的结构研究和化学模拟最新进展.     

一类受生物启发的双膦双硒镍配合物的合成及其电催化产氢性能

自然界中,[NiFeSe]氢化酶比[NiFe]氢化酶具有更高的催化产氢活性和特殊的耐氧性。其较高的催化活性机制被认为跟[NiFeSe]氢化酶上所取代的硒(Se)原子密切相关。因此,[NiFeSe]氢化酶的特殊结构、性质及催化机制强烈激发科学家们设计并合成各种模拟[NiFeSe]氢化酶活性中心的镍铁硒或镍硒配合物(也即受生物启发的模拟物)。本论文工作首先合成及结构表征了六个基于双硒配体与含二茂铁的双膦配体的镍硒配合物(2a–2c,3a–3b,4);然后将这些镍硒配合物用作[NiFeSe]氢化酶的功能模型物,利用电化学方法,以三氟乙酸为质子给体测定了相应的电催化产氢活性。在相同实验条件下,分别研究了双硒配体上不同的取代基团,及含二茂铁的双膦配体上不同取代基等结构修饰方式对镍硒配合物催化产氢性能的影响。结果表明:这些镍硒配合物的催化产氢活性跟双硒配体及双膦配体的结构有很大关系,对应的催化转化频率(TOF)分别为12182 s^?1(2a),15385 s^?1(2b),20359 s^?1(2c),106 s^?1(3a),794 s^?1(3b),13580 s^?1(4)。其中,1,2-二硒-4,5-二甲基和1,1’-双(二苯膦)二茂铁配体与镍离子配位形成的镍硒配合物2c具有最好的电催化活性(TOF=20359 s^?1),其产氢性能已大大超过先前我们课题组所报道的由1,2-苯二硒、1,1’-双(二苯膦)二茂铁所配位形成的镍硒配合物1(TOF=7838 s^?1)。     

金属酶中双氧活化的模型研究及应用

金属酶活化双氧的过程对生物体内新陈代谢、信号转导等一系列功能至关重要。生物体内实现双氧活化功能的金属酶主要有血红素酶和非血红素酶两类。对模型化合物催化双氧活化过程中间体的表征及催化反应产物的分析可以揭示金属酶的双氧活化机理;对模型化合物的反应活性与配体电子效应的研究将为配合物催化剂的配体设计提供指导。特别是血红素酶和非血红素酶可以实现对C—H键的选择性活化,这是化学反应的难题之一。因此这些模型化合物可以被用做催化剂来解决药物发现、工业生产以及能源转化中的难题。本文介绍了血红素酶和单核非血红素酶模型化合物在机理研究上的近期进展,分析了卟啉类似物、二组氨酸一羧酸面式结构酶模型化合物等模型的设计思想和高价金属氧合中间体的电子结构,总结了配体电子效应和模型化合物催化活性之间的关系。最后,提出了目前模型化合物在双氧活化研究中存在的一些不足,并对其在基础研究及应用方面的发展进行了展望。     

镍离子与酵母乙醇脱氢酶的相互作用

不同体系中, 金属离子与蛋白以不同的结合方式相互作用. 酵母乙醇脱氢酶是一个含锌金属酶, 它可催化乙醇脱氢为乙醛的反应. 本文应用紫外-可见光谱、荧光光谱、差示扫描量热法等技术研究了二价镍离子与酵母乙醇脱氢酶的相互作用. 镍离子与酶结合后在320 nm出现了紫外吸收带, 同时荧光光谱反映了酶的构象变化, 紫外与荧光光谱均展现了结合过程的双相动力学. 镍离子与酶的相互作用导致了酶由四聚体向二聚体的解离; 在酶热变性过程中, 镍离子增加了乙醇脱氢酶的变性温度和变性焓. 研究工作揭示了镍离子与酶相互作用复杂和深层的作用机制.     

过渡金属催化多氟芳烃碳氢键直接官能化

多氟芳烃衍生物是一种在医疗和有机半导体材料等方面有重要用途的化合物。本文介绍了近8年来过渡金属钯、铑、铜、镍催化多氟芳烃碳氢键直接官能化反应的进展。     

镍酶及相关配合物化学

本文介绍四种镍酶即尿酶、含镍氢酶,甲基辅酶M还原酶和一氧化碳脱氢酶的主要性质,并对与这些酶活性中心密切相关的模拟物化学研究的主要进展作一评述。