環(huán)糊精金屬包合物的超分子體系構(gòu)建金屬酶模型.pdf

1、為了模擬金屬酶的催化中心、底物識別基團及其亞穩(wěn)定的次層結(jié)構(gòu)，本文以功能基修飾的單β-環(huán)糊精和橋聯(lián)雙β-環(huán)糊精為主體，疏水基修飾的多胺金屬配合物為客體，通過主客體組裝得到的超分子體系作為金屬水解酶和超氧化物歧化酶的新型模型。在該模型體系中，配合物客體分子模擬金屬酶的活性中心，環(huán)糊精主體分子模擬金屬酶的次層結(jié)構(gòu)。同時研究模型的結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系，特別是次層結(jié)構(gòu)對催化活性的影響。本文的內(nèi)容主要包括以下幾部分： 1.基于β-環(huán)糊精(H

2、0)，設(shè)計和合成了一系列具有不同功能基修飾的單β-環(huán)糊精、橋聯(lián)雙β-環(huán)糊精、對叔丁基苯修飾多胺的單核和雙核金屬配合物作為客體，并分別通過元素分析、質(zhì)譜、核磁共振和紅外光譜等技術(shù)進行了結(jié)構(gòu)表征。合成的單修飾環(huán)糊精包括單-(6-O-胺基)-β-環(huán)糊精陽離子(H1)，單-(6-O-胍基)-β-環(huán)糊精陽離子(H2)；合成的橋聯(lián)雙環(huán)糊精包括聯(lián)苯-4，4’-甲胺橋聯(lián)雙環(huán)糊精(H3)，2，2’-聯(lián)吡啶-5，5’-甲胺橋聯(lián)雙環(huán)糊精(H4)，2，2’-聯(lián)

3、吡啶-4，4’-甲胺橋聯(lián)雙環(huán)糊精(H5)，1，10-鄰菲咯啉-2,9-甲胺橋聯(lián)雙環(huán)糊精(H6)。合成的客體包括單核金屬配合物[ZnL(H2O)2](ClO4)2(G1)和[CuL(H2O)2](ClO4)2(G2)，雙核金屬配合物是{[CuL(H2O)]2(μ-Im)}(ClO4)2(G3)和{[CuL(H2O)](μ-Im)[ZnL(H2O)]}(ClO4)2(G4)等，其中L是4-(對-叔丁基)芐基-二乙烯三胺。 2.為了模

4、擬金屬水解酶的活性中心及其附近的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，合成并表征了三個環(huán)糊精包合物：[ZnL(H2O)2(H0)](ClO4)2·5H2O(1)、[ZnL(OH)(H2O)(H0)]ClO4·4H2O(2)和[ZnL(OH)(imH)(H0)][ZnL(OH)(H2O)(H0)](ClO4)2·9H2O(3)。首次得到了催化活性物種3的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)客體疏水端從主面插入到環(huán)糊精空腔中，pH電位滴定研究得出鋅配合物與環(huán)糊精包合后明顯地降低了pKa，有

5、效地阻止羥基橋聯(lián)二聚體的生成。水解p-NA的動力學(xué)研究表明包合物l的雙羥基活性物種催化二級速率常數(shù)比報道相同條件下類似結(jié)構(gòu)的二乙烯三胺鋅配合物的高300倍。 3.為了提高催化水解效率，橋聯(lián)雙環(huán)糊精被用做準單分子反應(yīng)器，即雙環(huán)糊精的兩個疏水腔分別捕獲催化劑及其底物，使分子間的催化反應(yīng)變?yōu)闇史肿觾?nèi)反應(yīng)。合成并表征了三個橋聯(lián)雙環(huán)糊精包合物：[ZnL(H2O)2(H3)](ClO4)2·10H2O(4)，[ZnL(H2O)(H4)](C

6、lO4)2·16H2O(5)和[ZnL(H2O)2(H5)](ClO4)2·20H2O(6)。水解p-NA的動力學(xué)研究表明4有最高的活性，其雙羥基活性物種的催化二級速率常數(shù)為8.46 M-1S-1，比作為客體分子的簡單鋅配合物高10倍多。 4.為了模擬水解酶的催化中心和底物結(jié)合的疏水域，合成并表征了鄰菲咯啉橋聯(lián)雙環(huán)糊精的鋅配合物[Zn(H6)(H2O)](ClO4)2·13H2O(7)。配合物7比相似結(jié)構(gòu)的小分子鋅配合物有更高的穩(wěn)定常數(shù)

7、和更低的pKa。在pH 8.85條件下催化BNPC水解速率常數(shù)是p-NA的2950倍；能有效地催化BNPP水解，其單羥基物種的二級速率常數(shù)為9.9×10-4 M-1 s-1，比相應(yīng)的簡單鋅配合物高近一個數(shù)量級。抑制性實驗表明橋聯(lián)雙環(huán)糊精的兩個疏水空腔在催化水解中起著重要作用。 5.為了模擬SOD的催化中心及其識別超氧離子的精氨酸殘基，合成并表征了三個單環(huán)糊精包合物：[CuL(H2O)2(H2)](ClO4)3·8H2O (8)、

8、[CuL(H2O)2(H1)](ClO4)3·6H2O(9)和[CuL(H2O)2(H0)](ClO4)2·10.5H2O·(10)。包合物8的PM3結(jié)構(gòu)模擬得出客體的疏水基從環(huán)糊精主面插入到空腔中，銅離子與環(huán)糊精側(cè)臂胍基的碳原子相距5.2A，接近天然SOD中Arg-141與銅離子的距離?；钚詼y定表明8的催化活性比10高43％，說明了帶正電荷的胍基能對催化有重要作用，模擬了SOD的Arg生物功能。進一步合成四個雙核金屬配合物的橋聯(lián)環(huán)糊精

9、包合物：{[CuL(H2O)]2(μ-Im)(H3)}(ClO4)3·13H2O(11)，{[CuL(H2O)]2(μ-Im)(H4)}(ClO4)3·14H2O(12)，{[CuL(H2O)]2(μ-Im)(H5)}(ClO4)3·14H2O(13)和{[CuL(H2O)]2(μ-Im)(H6)}(ClO4)3·24H2O(14)?；钚詫嶒灡砻?1≈12>13≈14，這說明了橋聯(lián)環(huán)糊精的橋基鏈長度對活性有重要的影響。 6.為了

10、模擬核苷酸轉(zhuǎn)運蛋白的疏水通道結(jié)構(gòu)及其精氨酸殘基的生物功能，利用H2和H0研究對ATP／ADP／AMP的識別包合。核磁研究表明磷酸腺苷的戊糖單元能有效地包合在環(huán)糊精的疏水腔。pH電位滴定表明H2識別包合ADP的能力最強(logK=11.65)，比H0識別包合ADP的高約8個數(shù)量級(logK=3.66)。H2對于ADP的識別能力比其它兩種磷酸腺苷的高3個數(shù)量級。這表明了環(huán)糊精邊臂帶正電的胍基與帶負電的底物之間靜電作用協(xié)同環(huán)糊精疏水腔對底物識