【摘要】：酶的催化功能在生命活動過程中通常會受到反饋回路和各種觸發(fā)誘導因素的嚴格控制。典型的,如含有LID結構域的酶,它可通過自身變構來實現(xiàn)催化功能的反復調控。這種調控借助可變結構域對催化位點的“開/關”效應,影響酶與底物分子的識別作用,進而可逆控制酶的催化性能。受此啟發(fā),大量含有偶氮苯、螺吡喃、二芳基乙烯等刺激響應基團的人工智能催化劑被開發(fā)出來,用以改變反應物或產物的化學、區(qū)域以及立體選擇性,調節(jié)其催化反應進程,并通過研究其在生物醫(yī)學領域的應用,模擬自然界酶生物功能的嚴格調控行為。因此,構筑具有類似天然酶可控性質的智能酶已經成為人們關注的熱點領域。近年來研究表明,基于蛋白質骨架構筑的智能酶具備極高的催化性能,并展示出比天然酶更豐富的調控方式,因而具有較好的研究與應用價值。目前,智能酶的設計策略主要分為兩類:(1)在天然別構蛋白中創(chuàng)建全新的酶催化中心,并利用蛋白骨架的別構效應使催化中心結構域發(fā)生構象重組,調控酶的催化與底物識別行為;(2)利用人工合成的刺激響應性小分子或高分子,通過定點修飾引入天然酶分子中,模擬LID的調節(jié)功能。但綜合其構建難度和調控效果,兩種方案均有一定的局限性:首先,在本無催化功能的別構蛋白骨架中從頭設計全新的催化中心需要復雜的計算機設計,整體設計難度較大;其次,在酶骨架上引入調控基團,需要對其進行精準定位,修飾位點的選取十分困難;另外,利用修飾的刺激響應型高分子鏈調控酶活,其尺寸較大,難以避免對酶的活性造成影響。隨著超分子化學研究的興起,由于其尺寸合適,以及動態(tài)可逆的特點,非常適用于構建刺激響應型智能酶,且具有調控性能優(yōu)異和操作簡便的優(yōu)勢。這些智能超分子催化劑為天然酶與超分子開關的組合提供了研究基礎,尤其是利用刺激響應型的主-客體大環(huán)超分子調控天然酶的催化活性,模仿天然LID結構域對酶的調節(jié)作用,可有效地結合天然酶的高效催化與超分子的調控優(yōu)勢,發(fā)展新的高性能酶學調控方法。在眾多刺激響應超分子調控方式中,光響應調控可遠程控制且響應迅速,清潔無殘留,無疑是設計智能酶的最佳方式。因此,本論文借助環(huán)糊精(CD)和馬來酰亞胺修飾的偶氮苯分子(Azo-MAM)之間的主客體相互作用成功地構建了一種光響應超分子開關,并通過將其選擇性修飾于天然酶骨架中,測試了α-CD和β-CD在紫外光/可見光互變環(huán)境下對酶催化活性的開關效應。同時,我們也研究了不同CD分子的尺寸、修飾位點、及其與偶氮苯修飾酶的結合熱力學參數(shù)對酶活性調控的影響,詳細內容如下:1.光響應谷胱甘肽硫轉移酶的構筑與開關效應谷胱甘肽硫轉移酶(GST)是一種解毒酶,晶體結構顯示其含有一個明顯的底物結合疏水空腔,催化位點位于空腔底部,且周圍有多種氨基酸通過非共價作用穩(wěn)定底物谷胱甘肽(GSH)�；贕ST的結構特點,首先對GST酶空腔附近的117和124位點分別進行定點突變,引入Cys殘基作為擬修飾位點。同時,合成馬來酰亞胺修飾的偶氮苯衍生物Azo-MAM作為客體分子,α-CD和β-CD分別作為主體分子,通過Cys與MAM之間的“Click”反應將兩種主-客體復合超分子開關嵌入GST酶中:(1)僅在124位修飾trans-Azo-MAM-CD超分子開關;(2)同時在117和124位修飾trans-Azo-MAM-CD超分子開關。由于α-CD和β-CD對順反兩種構型的偶氮苯具有選擇性,即可利用紫外/可見光觸發(fā)GST表面Azo分子的順反異構,調控CD與Azo解離和復合,進而控制GST底物結合空腔的“開啟”與“關閉”,實現(xiàn)對GST酶催化活性的可逆調節(jié)。2.光響應谷胱甘肽硫轉移酶開關性質的研究酶學測試α-CD和β-CD調控GST酶活性的性能。研究5個紫外/可見光循環(huán)后,單雙位點修飾的GST酶Azo-MAM-GST/K124C和Azo-MAMGST/L117C/K124C的活性變化,計算兩種超分子開關的對酶的關閉效率,研究其調控效果、響應時間和控制的穩(wěn)定性。結合α-CD、β-CD和GST相對尺寸和對酶催化活性的可逆控制效果,詳細分析超分子開關的空間大小對于調控效果的影響。此外,通過測定光控GST的二級反應速率常數(shù)、α-/β-CD與之結合的熱力學常數(shù)、底物GSH與光控GST結合的熱力學常數(shù),從動力學和熱力學兩個角度驗證該超分子開關控制酶催化反應速率的調控機理,該工作為單分子層面控制酶活提供了簡單而有效的思路,并且實現(xiàn)了對于生化反應的有效調控。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O641.3;Q814

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 賀丙飛;韓生;藺華林;李克健;;煤超分子結構及研究方法進展[J];煤炭技術;2014年05期

2 曾凡桂,張通,王三躍,謝克昌;煤超分子結構的概念及其研究途徑與方法[J];煤炭學報;2005年01期

3 董紀震,沈淦清,蔣益民;熱處理對陽離子可染改性滌綸結構和染色性的影響——第2報 熱處理對纖維超分子結構的影響[J];合成纖維;1988年03期

4 松蒲保;趙長英;;開發(fā)生物單元的線索——超分子柔結構[J];河北農業(yè)科學;1989年01期

5 計劍;;超分子研討前沿:動力學和自適應[J];國際學術動態(tài);2013年05期

6 馮榕蔭;高聚物中超分子結構的研究[J];塑料科技;1980年04期

7 咸文淑;纖維的超分子結構與力學性質[J];合成纖維;1981年04期

8 康海霞;郭文博;傅玉琴;劉廣臻;;一種新型超分子的合成及其表征[J];洛陽師范學院學報;2018年05期

9 蔡秀琴;;基于杯[4]芳烴基超分子凝膠組裝進展[J];化工新型材料;2018年09期

10 任玲玲,何靜,EVANS David G.,段雪;谷氨酸柱撐水滑石超分子結構層柱材料的插層組裝[J];高等學�；瘜W學報;2003年01期

相關會議論文 前10條

1 蘇成勇;;金屬-有機超分子結構、組裝與應用[A];第六屆全國物理無機化學會議論文摘要集[C];2012年

2 ;超分子結構與材料國家重點實驗室[A];中國化學會第十四屆膠體與界面化學會議論文摘要集-第6分會：膠體與界面化學技術、應用與產品[C];2013年

3 ;超分子結構與材料國家重點實驗室[A];中國化學會第十四屆膠體與界面化學會議論文摘要集-第4分會：膠體分散與多組分體系[C];2013年

4 ;超分子結構與材料國家重點實驗室[A];中國化學會第十四屆膠體與界面化學會議論文摘要集——第3分會：軟物質與超分子組織化體系[C];2013年

5 杜艷霞;李s

本文編號：2788360