《棉酚衍生物抑制脲酶活性的機理及其構效關係研究》是依託華南農業大學，由盧其明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：棉酚衍生物抑制脲酶活性的機理及其構效關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盧其明
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤中的脲酶可將尿素水解為氨和二氧化碳，是造成氮素流失的重要原因之一。脲酶抑制劑可提高植物對尿素的利用率，減少環境污染，尋找價廉高效的脲酶抑制劑成為研究熱點。棉酚是一種存在於棉籽中的多酚類化合物，自然資源豐富。本項目在前期發現醋酸棉酚能夠較好地抑制脲酶活性的基礎上擬進一步開展以下研究工作：用伯胺和胺基酸修飾棉酚的醛基，保留活性的酚羥基，並在較溫和的條件下對這些化合物進行氧化，製備相應的氧化態化合物(醌型)，篩選對脲酶抑制活性高的化合物；通過紅外光譜和核磁共振等手段對棉酚衍生物進行結構表征，對比研究系列化合物結構逐步改變的規律與脲酶抑制活性的規律，明確構效關係；進而，研究棉酚衍生物對不同來源脲酶的抑制作用及其動力學特徵，了解抑制作用機理。研究結果將為提高氮肥利用率提供新思路，為低成本新型脲酶抑制劑研發提供新途徑。
結題摘要
棉酚是一種天然產物，主要存在於棉籽中的色腺體。鑒於其已知的生物活性，本項目首次將棉酚及其衍生物作為一種新型的脲酶抑制劑，研究其對脲酶活性的抑制作用,並探討了醋酸棉酚對土壤脲酶的動力學特性的影響。為了提高抑制劑的穩定性及脲酶抑制活性,以醋酸棉酚為原料合成棉酚及其衍生物，進行尿素酶活性的抑制實驗；同時，使用Autodock軟體進行抑制劑與刀豆脲酶的分子對接，以此輔助解釋棉酚及其衍生物對脲酶的抑制作用。主要內容及結果如下： （1）棉酚的脲酶抑制活性研究。棉酚在不同濃度尿素溶液的體系中進行了酶活性的抑制實驗，通過剩餘尿素濃度的檢測計算脲酶酶促反應速率。結果表明，醋酸棉酚對土壤脲酶活性的抑制能力隨醋酸棉酚濃度的增大而增強。以尿素濃度的倒數和酶促反應速率的倒數為橫縱坐標作雙倒數曲線圖,揭示了在醋酸棉酚的影響下，米氏常數Km和酶促反應最大速率Vmax都降低；隨著醋酸棉酚濃度的增大，在溫度30℃時， Km值由3.918 mol/L降到1.164 mol/L，Vmax值由1.185×10-4 mol/(g•h)降到5.6×10-6 mol/(g•h)。此外，在醋酸棉酚的影響下，熱力學特徵表現為活化能Ea、溫度係數Q10和活化焓變∆H有所下降。 （2）以醋酸棉酚為原料合成棉酚及其棉酚衍生物包括左旋棉酚、棉酚腙和阿朴棉子酚、棉酚-L-丙氨酸鈉席夫鹼和棉酚-L-色氨酸鈉席夫鹼，並進行了脲酶活性抑制實驗。通過尿素酶活性抑制實驗對棉酚及其衍生物進行了評估，結果表明每一種化合物都能夠抑制尿素酶的活性。在相同的條件下，它們的半抑制濃度值分別為2.62×10-5 mol/L(醋酸棉酚)、1.1×10-4 mol/L(左旋棉酚)、5.17×10-5 mol/L(棉酚腙)、9.82×10-6 mol/L(阿朴棉子酚)、6.126×10-4 mol/L(棉酚-L-丙氨酸鈉席夫鹼)和2.279×10-4 mol/L(棉酚-L-色氨酸鈉席夫鹼)。 （3）進行了左旋棉酚、阿朴棉子酚和棉酚腙與Jack bean urease (PDB ID:3LA4)的分子對接，模擬計算了它們結合的自由能、活性作用點、抑制常數和所形成的氫鍵。分子對接的結果與這三個化合物對尿素酶的抑制實驗結果吻合，揭示了1, 1'-OH，6, 6'-OH和7, 7'-OH在抑制Jack bean urease活性過程中起到關鍵的作用。
