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     

环糊精在金属酶模拟中的应用

非共价作用（如氢键、静电和疏水作用）普遍存在于天然金属酶中,对酶活化或底物催化过程有重要的协同作用.近年来基于超分子化学理论的金属酶模拟研究不断向酶的活性中心亚稳态和次层结构的生物功能模拟方向发展.本文将根据报道的文献并结合本课题组的研究工作,对环糊精（一种重要的超分子主体）构建金属酶模型的研究进行综述.     

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.     

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。     

金属胶束——一类新的金属酶模型

综述了金属胶束作为水解酶模型、氧化酶模型及维生素Ｂ６相关酶模型的研究进展，同时对它催化各类反应的机理进行了讨论。     

具有非共价相互作用的金属酶模拟物

金属酶催化的高效性和选择性来源于第一配位环境金属催化中心和第二配位环境非共价相互作用力的协同作用。针对金属催化中心构效关系的研究已有大量报道,相比之下,有关非共价相互作用的研究尚不够充分。金属酶的非共价作用力,包括氢键、静电相互作用、范德华力和疏水相互作用等产生于第二配位环境中的氨基酸残基。阐述第二配位环境中氨基酸残基作用的首要障碍来自于复杂并难以界定的分子内和分子间的相互作用网络。制备包含非共价相互作用的金属酶模拟物是攻克这一难题行之有效的方法,它不但有利于理解非共价相互作用和金属离子之间的协同作用,而且有助于发展可应用于工业、医药、生物技术等领域的仿生催化剂。本文按照非共价弱相互作用的类型,对近期报道的典型案例进行综述。文中阐述了基于简单多齿配体,如联吡啶、三联吡啶、环胺、卟啉等,和基于超分子配体,如功能化的环糊精和杯芳烃等的金属酶模型物。在讨论模型物之前,本文对天然金属酶中的非共价相互作用简略探讨。     

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。     

含双核铁中心金属蛋白和金属酶的研究进展

介绍了三种含双核铁活性中心的金属蛋白和金属酶的最新研究进展，它们是蚯蚓血红蛋白，甲烷单加氧酶，核糖核苷酸还原酶。     

微透析高效液相色谱法研究金属酶与小分子的相互作用

将微透析（microdialysis)高效液相色谱法（high performance liquid chromatography,HPLC)联用技术应用于定量研究超氧化物歧化酶（superoxide dismutase)与组氨酸和组氨酸－金属离子配合物的相互作用。实验结果表明： Cu2Zn2SOD酶不仅与组氨酸，而且还可以与组氨酸－Co(Ⅱ）和组氨酸－Ni(Ⅱ)相互 作用，Cu2Zn2SOD酶中的部分Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)被诱导和置换出来，并相应地影响了 酶的活性；组氨酸－金属离子配合物的作用比组氨酸强，酶活性降低也更明显；酶 中结合的外来金属离子的量比从酶上被诱导和顶替下来的金属离子的量要少，说明 在溶液中有脱辅基酶的存在。     

金属酶模拟活性材料的微波诱导合成及性能研究

金属酶模拟活性材料的微波诱导合成及性能研究１）胡希明黄剑刘海洋（华南理工大学应用化学系广州５１０６４１）黄仲涛（华南理工大学化学工程系广州５１０６４１）赖声礼（华南理工大学电子通讯工程系广州５１０６４１）关键词金属卟啉层状锑磷酸微波诱导嵌接合成分类号...     

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。     

生物体系中含锰金属酶模型配合物的结构研究进展

锰作为生命体系中必需的一种微量元素,主要是以锰酶的形式存在,它构成了生物体内许多酶的活性中心。这些活性中心在生物体中扮演着许多重要角色,如氧化还原、电子传递、路易斯酸催化等。基于锰在生命体系中的重要性,文章从结构方面综述了近几年来国内外关于生命体系中含锰金属酶模型配合物结构的研究进展,其中主要阐述了多核,即双核,三核和四核锰模型配合物的结构特征。     

红外光谱在金属蛋白和金属酶结构研究中的应用

金属蛋白和金属酶结构与功能关系的研究,是生物无机化学的一个重要研究课题。随着研究的深入,各种现代实验技术逐渐被应用于这一领域研究中。自从1966年 J.O.Alben和 W.S.Caughey 第一次应用红外光谱研究一氧化碳合血红蛋白开始,红外光谱在金属蛋白和金属酶结构研究中得到了广泛应用,并取得了其它实验技术所得不到的大量有意义的信     

金属胶束(Metallomicelles)——一类新的金属酶模型

综述了金属胶束作为水解酶模型、氧化酶模型及维生素Ｂ６相关酶模型的研究进展，同时对它催化各类反应的机理进行了讨论。     

金属组学：Wood—Ljungdahl通路中的金属蛋白／金属酶

本文概述了厌氧微生物的Wood-Ljungdahl通路及通路中的一组金属蛋白／金属酶,主要介绍该通路的来源、过程及通路中的四种金属蛋白,金属酶：甲酸脱氢酶、钻铁硫蛋白、乙酰辅酶A合成酶和CO脱氢酶．甲酸脱氢酶催化CO2和甲酸的可逆氧化还原,是CO2转化为甲酸进而转化为甲基四氢叶酸的关键金属酶;钴铁硫蛋白是该通路中的甲基转换器,接受甲基四氢叶酸的甲基之后再传递给乙酰辅酶A合成酶;CO脱氢酶催化CO2与CO之间的可逆氧化还原;乙酰辅酶A合成酶通过浓缩甲基、CO和辅酶A而催化乙酰辅酶A的合成．本文重点对这四种金属蛋白／金属酶的结构、性质、功能及催化机理的研究进展进行了综述．     

人肝细胞色素P450 2C金属酶与药物代谢*

由于人肝细胞色素P450 2C亚家族与临床药物代谢的密切关系,其研究已引起人们的广泛关注。本文综述了四种人肝细胞色素P450 2C,着重综述了其中的三种：CYP2C9,CYP2C8,CYP2C19的研究进展。评述了CYP2C9,CYP2C8和CYP2C19的某些氨基酸残基在催化过程中的作用,这三种酶的基因多态在不同人种中的分布及药物代谢的差异,以及它们与用药的特异性及某些疾病的易感性的联系,介绍了目前提出的CYP2C8的底物药效团模型,最后总结了CYP2C9,CYP2C8,CYP2C19,CYP2C18的主要特性。     

确定金属酶及模拟络合物中金属离子氧化态的一种方法——键价和分析

在生物化学领域中弄清金属酶活性中心的结构和氧化态是至关重要的。“键价和分析”是根据金属 配体键长数据确定固体中金属离子氧化态的一种方便可行的方法 ,它已用于金属蛋白、金属酶以及高温超导体中金属氧化态的指派。本文拟介绍该方法的要点及其实际应用。     

化学计量学 化学统计学 化学计算法

在化学和计量学领域中,有三个英文名词:chemical metrology,chemometrics,stoichiometry,它们译成中文时,都使用了“化学计量学”这一术语,这就难免引起混乱。我认为,有必要寻找更恰当的译名,将这三个英文术语加以区分。 1 化学计量学(chemical metrology)