金属配位在多肽与蛋白质研究中的应用

金属元素常见于天然蛋白质分子中,并扮演着不可或缺的重要角色。对金属与氨基酸的配位方式的不断深入理解,有助于人工设计新型的金属-多肽配位模式,并在多肽结构功能优化、分子组装、标记与成像以及药物设计等领域获得更广泛的研究和应用。本文首先简要介绍蛋白质中的不同基团与金属离子之间的配位模式以及具体的研究案例,进而介绍了金属配位在多肽分子的二级结构调控、超分子结构组装、多肽及蛋白质的荧(磷)光标记、蛋白质折叠方式分析等基础研究中的应用。最后,对上述研究领域为金属-多肽类分子探针或药物的设计优化所提供的发展潜力进行展望。     

金属巯蛋白与人体内铜锌元素的代谢

金属巯蛋白是一类富含金属的化学结构极为特殊的内源性蛋白。它构成机体内金属元素的新陈代谢中快速应答的缓冲体系。尤其在铜、锌两种元素的吸收、转运、排泄方面发挥着重要作用。     

金属硫蛋白溶液聚合状态的研究

通过动态光散射实验首次证明了兔肝金属硫蛋白亚型 和 在不同的缓冲体系中不仅仅是以二聚体的形式 ,而且是以多种聚合形式存在[1] .深入考察金属硫蛋白在溶液中的聚合形式对于研究金属硫蛋白的结构和功能都具有非常重要的意义 .我们通过计算机模拟 [1] 比较系统地研究了各种因素对金属硫蛋白聚合的影响 .结果表明 ,在溶液聚合的分子识别过程中可由多种因素共同调控金属硫蛋白 ,这些因素主要包括静电相互作用、疏水性相互作用和溶液中阴阳离子等 .通过这些因素的综合分析 ,首次对兔肝金属硫蛋白在溶液中多种聚合形式的形成机制及相应的分子…     

金属配合物分子纳米结构构筑与调控的STM研究进展

金属配合物分子具有结构多样且可控以及功能丰富等特点,在催化、传感、分子识别、纳米器件等领域得到广泛应用, 对金属配合物分子的研究已是分子科学研究中的热点之一.同时, 利用配合物分子构筑表面分子纳米结构以及对配合物单分子性质的研究也日趋活跃. 近年来, 本研究组发展了配合物分子在固体表面的自组装技术, 并结合扫描隧道显微技术(STM)开展了一系列有关金属配合物分子表面纳米结构的研究工作, 在固体表面成功实现了对配体、配合物分子的高分辨STM成像、原位配合以及分子识别, 设计和构筑了多种功能配合物分子纳米结构,并系统研究了结构形成规律. 本文以本研究组近年来有关金属配合物分子组装的研究结果为主, 结合国内外相关研究小组的研究结果,综述有关金属配合物分子纳米结构的构筑与调控的STM研究进展, 介绍该类分子在固体表面的组装和分散规律, 为表面分子纳米结构的构筑和调控提供理论和实验基础.     

金属配合物在肿瘤化学免疫治疗中的应用前景

肿瘤化学免疫治疗是免疫疗法与化学疗法相结合通过协同作用治疗肿瘤的一种新方法。以铂类药物为代表的金属药物是一类重要的化学抗肿瘤药物,其作用机理是与肿瘤细胞DNA形成交联物并阻止其复制;但是,这类药物存在严重的毒性和耐药性问题。近年来发现有些金属配合物在产生细胞毒性的同时,也通过多种机制参与机体的免疫调节过程,其中以诱导免疫原性细胞死亡（ICD）最为常见。本文简要介绍了肿瘤化学免疫治疗的基本概念以及与免疫抑制有关的肿瘤微环境,概述了金属配合物的免疫活性和调节免疫过程的基本原理,并以铂类药物为例总结了金属配合物调节免疫过程的可能途径,最后列举了若干具有ICD诱导潜力和其他免疫调节功能的非铂类金属配合物,指出了目前化学免疫治疗存在的问题和未来的应用潜力。化学治疗与免疫治疗结合既可以利用机体免疫系统增强金属配合物的抗肿瘤效果,又可以减少药物剂量,降低毒副作用,是设计金属抗肿瘤药物的新方向之一。     

细胞器靶向型气体信号分子荧光探针的研究进展

NO、CO和H2S是细胞内重要的内源性气体信号分子,他们不仅在血管舒张、神经传递和免疫应答等生理过程中发挥重要作用,还与肿瘤、高血压、糖尿病和阿尔茨海默症等多种疾病密切相关.基于有机小分子荧光探针的荧光成像分析法具有灵敏度高、选择性好、操作简便、时空分辨率强和原位实时等特点,是细胞内气体信号分子检测的重要方法,而细胞器...     

阿尔茨海默症病理机制中的金属代谢和金属药物

随着人口老龄化进程的发展,阿尔茨海默症(AD)已成为威胁中国和世界人口健康和经济的重大疾病.本文综述了近年来AD病理的分子机制的新进展,分析了其中金属代谢的意义.研究发现,在AD进程中,围绕淀粉样斑块(AP)和神经缠绕斑(NFT)的形成,多因素相互联系并发挥作用,这些主要因素包括金属内稳态、胰岛素抵抗、神经炎症、线粒体和血脑屏障改变等.与AD病理过程密切相关的主要蛋白质均参与了金属元素的生理代谢过程,而细胞金属离子的内稳态失衡加剧了AD病理的恶化.金属药物在AD诊断和治疗中可能具有以下的发展潜力:(1)AD早期诊断探针;(2)调节金属内稳态的配体和/或微量元素补充;(3)抗糖尿病金属配合物;(4)神经元和血脑屏障(BBB)保护金属药物.     

过渡金属酸盐在催化反应中的应用

过渡金属酸盐因其催化性能优良、价格低廉、容易获得、毒性低、稳定性良好等特点,成为广受关注的一类催化剂。金属酸盐是指一类含有配合物阴离子的离子型化合物,其配合物阴离子包括中心金属和与其相配位的多个配体基团:中心金属为过渡金属元素,配体为氧离子(金属氧酸盐,如WO₄^2-, PMo₁₂O₄₀^3- 等)、硫离子(硫代金属酸盐,如MoS₄^2- 等)或卤素离子(卤代金属酸盐,如PtCl₆^2-, TiF₆^2-等)。通过改变中心过渡金属元素和抗衡阳离子的组成,可在分子水平上对金属酸盐进行性能调控。但过渡金属酸盐在催化领域中的研究多集中于金属氧酸盐,本综述则涵盖了包括金属氧酸盐、硫代金属酸盐、氰基金属酸盐和卤代金属酸盐等多种过渡金属酸盐作为催化剂在催化反应中的应用。另外,本文还着重介绍了过渡金属酸盐催化剂与离子液体结合使用,从而实现其循环使用的研究。     

金属及其配合物与生物分子相互作用机理的研究进展

金属及其配合物与DNA、蛋白质、氨基酸等生物分子的作用机理研究,是诊断和治疗由金属引起的疾病的重要环节。本文对近十年来金属及其配合物与生物分子相互作用机理的研究进展进行了综述,并提出了该研究领域的新动向。     

金属纳米结构的氧化刻蚀调控与催化性能优化

金属纳米结构的可控合成,对其性能优化和高效应用至为关键．氧化刻蚀作为金属纳米晶可控合成中的新兴有效调控手段之一,受到越来越多的关注．本文以本课题组近期的研究工作为例,说明了氧化刻蚀对金属纳米晶的形貌、尺寸、结构及组成等合成参数的有效调控作用．由此总结认为,在金属纳米晶可控合成的一般过程,尤其是成核和生长过程中,氧化刻蚀的本质是有效调控“两个速率”和“两个力学”,即减缓原子的生成速率与晶种的形成速率、选择性接受反应热力学和反应动力学的控制作用．我们将通过氧化刻蚀法调控合成得到的具有独特结构的Pd,Pt纳米晶,用于氧活化和电催化这两个重要的催化体系,获得了理想的催化结果,表明氧化刻蚀在金属纳米晶的功能改性和应用拓展方面,具有令人称奇的广阔应用前景．     

6-苄氨基嘌呤及其金属配合物与DNA的作用机理

新型抗癌症药剂的开发和抗癌机理研究,一直是人们争相研究的前沿课题[1-5]。而许多预防和治疗癌症的药物都是以D N A为作用靶来设计的[6]。以D N A为靶分子的金属抗癌剂,其抗癌活性是由于金属离子与D N A的配位,即金属离子与D N A的某些亲核基团(如磷酸氧位点或碱基氮、氧位点)     

电子诱导金属多肽的超分子组装、化学响应释放及其催化应用

近年来,超分子组装在催化、制药、传感器、提纯、组织工程等领域获得广泛应用.为了实现超分子结构功能化,经常会将金属纳米颗粒或者金属活性位引入或共组装至有机超分子骨架中,由此获得金属化的纳米材料.例如,金属纳米颗粒修饰的多肽纤维、金属聚合物、金属负载的水凝胶和气凝胶.常见的金属化策略包括自组织、金属有机配位络合、聚合和电子诱导组装等.其中,由本课题组发展的电子诱导组装法已经被用于制备高效金属多肽催化剂、能源转化材料和非均相催化剂模板等.室温电子诱导组装利用了辉光等离子体富含的电子,是室温电子还原制备纳米金属颗粒及相关催化剂的进一步发展.该方法操作过程简单,仅需一步即可同时实现金属还原和有机物组装;且绿色环保、不需要添加还原剂、操作条件温和、反应时间短(在室温条件下几分钟内即可反应完全).所获得的二维多肽纳米薄膜含有高度分散的金属纳米颗粒.研究表明,电子诱导组装法是构建超分子催化剂强有力的工具.然而,电子诱导超分子组装的反应机理仍然不清楚.为了进一步开发应用新的超分子材料,开展电子诱导组装机理研究十分必要.本文选择β淀粉肽的五肽片段作为电子诱导组装的单体和贵金属(Pd,Pt和Au)离子通过电子还原得到金属多肽纳米膜.通过调控原料配比和浓度,获得了包覆有超细贵金属纳米颗粒(1–2 nm)的金属多肽纳米薄膜.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射光谱、X射线光电能谱等表征手段,对金属多肽纳米薄膜的结构和成分进行了分析.通过原子力显微镜对金属多肽纳米薄膜的多级结构进行分析发现,电子诱导组装的组装单元为碟状组合体,与常规自组装有显著区别,通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电能谱等表征方法,结合密度泛函(DFT)计算,对组装过程多肽分子的表面性质和变化进行了分析.发现多肽在电子诱导组装过程中会发生部分氧化.DFT研究给出两种可能的羟基自由基活化碳氢键过程,说明形成的羟基提供了额外的氢键相互作用,促进了组装的快速发生.多肽中含有苯环的侧链对多肽组装后二维结构的形成起到重要作用.本文还首次发现金属多肽薄膜能够在化学试剂刺激下响应释放金属纳米颗粒.如在硼氢化钠作用下可以快速释放金属纳米颗粒、在谷胱甘肽作用下可以缓慢释放金属纳米颗粒.硼氢化钠作用下释放后的金属颗粒对4-氨基苯酚还原反应具有良好的催化活性.金属多肽薄膜的快速响应释放可以为稳定纳米金属颗粒提供一个新方法,替代那些以往采用的稳定剂难于脱除的纳米金属稳定方法.而慢速响应释放则有潜力应用于药物缓释、光热治疗生物传感和成像等医学领域.     

金属配位与主客体识别协同组装构筑机械互锁结构

机械互锁结构是一类具有独特性质的超分子实体,不但在拓扑学上具有重要的意义,而且是制备分子机器的结构基础,它们在纳米技术、生物、材料等领域有着巨大的应用前景。本文概述了通过配位作用组装制备轮烷、索烃及其他机械互锁结构研究的新进展,着重关注以金属配位作用作为一种构建方式与主客体识别协同组装制备机械互锁结构。由于金属配位键具有易成键、动态可逆、可调控等优点,采用金属配位作用构建机械互锁结构不仅可以大大地提高制备效率,而且有利于实现对机械互锁分子的可逆调控。     

DNA加合物分析技术与方法

DNA加合物是由亲电性的小分子化合物与DNA链中的多种亲核性基团发生共价反应而形成的,可作为遗传毒性标志物.DNA加合物的生成是一些有毒化学品引起基因突变、发育畸形、肿瘤和癌症效应过程中的重要阶段,是医学、毒理学和环境健康研究的重要内容.发展快速、灵敏、准确的检测技术和方法是理解和研究DNA加合物生物学作用的关键.目前DNA加合物分析方法主要包括~(32)P后标记法、免疫分析法、免疫毛细管电泳-激光诱导荧光法、DNA测序以及色谱-质谱联用技术等.本文对这些技术和方法及其在DNA加合分析中的应用进行了综合评述,同时简要展望了DNA加合物分析技术和方法的发展.     

过渡金属-双硫分子配合物的理论研究

采用密度泛函方法, 对一系列过渡金属-双硫分子配合物的结构和相关性质进行了理论计算研究, 讨论了中心金属原子、配体等结构修饰对分子性质的影响. 计算结果表明, 过渡金属双硫分子配合物的HOMO和LUMO轨道主要由其配体轨道组成, 且其能隙很小; 中心金属原子和配体中一些基团的改变对分子配合物构型的影响很小, 而且HOMO-LUMO能隙变化不大. 配合物的氧化主要表现在配体部分, 氧化过程对调控HOMO-LUMO能隙具有十分重要的作用.     

基于靶向调控肿瘤微环境的多肽纳米药物系统研究进展

肿瘤微环境在肿瘤的发生、发展和转移过程中起着至关重要的作用,因此靶向调控微环境为发展肿瘤精准治疗的新策略提供了机遇。纳米技术的快速发展为传统药物的增效减毒提供了契机,已有一系列纳米药物用于肿瘤临床治疗。近年来,分子自组装领域的快速发展为智能纳米药物的研发提供了新机遇。多肽作为生物相容性高、序列可设计、易修饰、功能多样化的生物分子,可组装构建结构多样和功能集成的纳米药物系统。本文综述了利用多肽自组装超分子体系实现药物对肿瘤微环境的响应释放和高效递送,并对其通过调控微环境中的血管、成纤维细胞和胞外基质等组分,改变肿瘤赖以生存的"土壤",并与抗肿瘤细胞治疗有机结合的最新进展进行了介绍。针对肿瘤异质性和复杂性的难题,构建表/界面性质可控的纳米药物系统,发展基于肿瘤微环境调控与联合治疗的肿瘤综合治疗方案,将是未来重要的发展方向之一。     

溶液中金属盐对溶菌酶高级结构的影响

探索蛋白质结构稳定性及其淀粉样纤维化的环境条件具有重要意义.本文采用了荧光光谱法研究溶液中的金属盐对鸡卵清溶菌酶内源荧光和淀粉样纤维化的影响.结果表明,金属盐能够增加溶菌酶的热稳定性,减小淬灭剂对内源荧光的作用,对溶菌酶的高级结构具有一定的稳定作用.另一方面,在长时间热胁迫的情况下,金属盐可促进溶菌酶分子的聚集而纤维化.金属盐的这种双重作用分别与其阳离子和阴离子的性质有关.     

金属-多孔有机分子笼纳米复合物的研究进展

多孔有机分子笼(POC)是一类具有固定腔隙的离散分子,因其稳定的孔隙结构、较高的比表面积和良好的可溶性,正成为一类可用于容纳特定大小的分子或离子的新兴功能性材料.除此之外,该类材料中稳定存在的开放孔隙结构,使其在气体分离与储存、传感器件、药物运输等领域具有广泛的应用,已逐渐成为国内外研究的热点.目前,多孔有机分子笼存在能与金属结合的位点,并具有空间限域效应,能有效防止金属纳米颗粒的团聚,故常被用于特定尺寸金属纳米颗粒的制备,从而形成金属-多孔有机分子笼纳米复合材料.多孔有机分子笼不仅可调控金属纳米粒子的大小,还可通过多孔笼体结构的保护,在不影响其原子表面可及率的条件下,稳定其微纳结构.相比于传统金属纳米催化剂,金属-多孔有机分子笼纳米复合物不仅具有更优越的稳定性,还可提供更多的催化活性位点.总结了近年来金属-多孔有机分子笼复合领域的研究成果,以及其应用领域的重要进展,为金属-多孔有机分子笼纳米复合物在催化、传感、医学等方面的后续研究提供启示.     

必需金属的生物信息学研究现状与展望

金属元素在整个生物界被广泛利用。生物体所必需的金属中除了钾、钙、钠和镁以外均属于微量元素。它们虽然在体内含量很少,但在各种生命活动中发挥着重要的作用。一直以来关于必需金属的研究工作主要集中在金属蛋白和相关代谢机制的实验研究上。随着近年来基因组、蛋白质组等组学数据的不断积累,为开展金属、金属组和金属蛋白质组等相关的生物信息学研究工作提供了重要的条件,让我们可以从系统的角度去进一步认识必需金属的利用、代谢及其生物学功能。本文将分别对若干必需金属(包括铜、钼、镍、钴、锌、铁和硒等)相关的生物信息学研究进展进行介绍,并结合当前离子组学相关的技术方法和研究现状。希望本文有助于我们进一步认识必需金属研究领域的重要问题和未来的发展方向。     

质谱在金属抗肿瘤化合物分子作用机理研究中的应用

软电离质谱,包括电喷雾质谱(ESI-MS)和基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)已成为研究金属抗肿瘤药物与蛋白质、DNA等生物大分子相互作用最强有力的工具.质谱成像技术在组织、细胞水平上探索金属抗肿瘤化合物作用机理研究上的应用也方兴未艾.本文基于在金属抗肿瘤配合物分子作用机理研究中的工作进展,系统地总结、评述质谱在铂基和钌基金属抗肿瘤配合物分子作用机理研究中的应用,介绍质谱研究金属抗肿瘤配合物与蛋白质和DNA相互作用及作用位点的最新研究成果,并展望质谱在这一前沿交叉领域的应用前景和趋势.