《化學識別誘導的氧化還原酶定向固定及直接電子轉移》是依託南京師範大學，由蔡稱心擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：化學識別誘導的氧化還原酶定向固定及直接電子轉移
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡稱心
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氧化還原酶（包括氧化還原蛋白質）的電子轉移過程不僅在許多重要生理過程（如呼吸作用、光合作用等）中起重要作用，而且還與生物電催化、生物電子學以及納米生物技術等密切相關。如何實現酶的定向固定及直接電子轉移並保持原有的構象仍是一個未解決的基礎性問題。本項目提出化學識別誘導的氧化還原酶在電極表面的定向固定（這裡指酶活性口袋朝著電極表面方向的固定）並闡明它們的直接電子轉移特性與機制。以辣根過氧化物酶、2,3-二羥基雙苯基雙加氧酶及半乳糖氧化酶為對象，以電化學方法為手段，結合光譜技術及理論計算研究並闡明化學識別誘導氧化還原酶定向固定的條件及影響因素；研究定向固定酶的活性與結構；研究定向固定酶的直接電子轉移及催化特性與機制。本項目的研究結果不僅有助於深入理解氧化還原酶在生命體系中的電子轉移機制及從分子水平上解釋一些重要的生理過程，還可為開發新型生物電子器件及探索酶催化劑新的套用領域等提供理論基礎。
結題摘要
本項目以電化學方法為手段，結合光譜技術及理論計算研究化學識別誘導氧化還原酶定向固定的條件及影響因素；研究定向固定酶的活性與結構；研究定向固定酶的直接電子轉移及催化特性與機制。研究結果不僅有助於深入理解氧化還原酶在生命體系中的電子轉移機制及從分子水平上解釋一些重要的生理過程，還可為開發新型生物電子器件及探索酶催化劑新的套用領域等提供理論基礎。主要研究結果如下： 1、識別分子的設計設計了幾種含‒COOH基團的長鏈分子用於取代酶中心金屬離子的H2O配體，並用量子化學密度泛函方法計算了所設計分子的鏈長、識別功能團的大小等特徵參數；研究了這些合成的長鏈分子與氧化還原酶活性口袋相匹配的程度。 2、蛋白質微環境的變化 （1）5-氟尿嘧啶（FU）與人血清白蛋白（HSA）的作用微環境機制：闡明了FU與HSA的作用方式、作用位點以及作用過程中Trp214周圍微環境的改變；FU只能與HSA分子的IIA域作用，於Trp214附近，改變Trp214周圍的微環境，使Trp214周圍的疏水性能增加。 （2）Zn‒酞箐衍生物（ZnPCs）與蛋白質作用位點：闡明了ZnPCs與HSA的作用方式、作用位點以及作用過程中Trp214胺基酸周圍微環境的改變。表明，ZnPCs與HSA作用後，Trp214胺基酸周圍的疏水性增加，並且破壞了Trp214胺基酸與周圍一些胺基酸之間的氫鍵作用。 3、基本環境對蛋白質構象及電子轉移性能研究表明在酸性或鹼性溶液中Mb的二級結構及Heme中心周圍的環境發生的變化，強酸性及強鹼性能使與Fe共價連結的His93發生了斷裂，Heme從Mb分子的疏水口袋中脫落，暴露在溶劑中，進而影響MB的電子轉移性能。 4、納米材料晶面對蛋白質電子轉移性能的的影響研究了乳糖氧化酶在Au(110), (100)和(111)表面的吸附，測定了乳糖氧化酶在不同晶面吸附後，其催化乳糖氧化的特徵動力學常數。發現吸附後均使乳糖 氧化酶的電子轉移性能及催化活性降低，但不同的晶面對乳糖氧化酶電子轉移性能及催化性能的影響不同，以（111）面的影響最大。光譜研究的結果表明，這種變化是由於乳糖氧化酶分子中的Trp和Tyr胺基酸的微環境發生了變化，進而導致蛋白質的二級結構發生了變化。
