乙酰胆碱酯酶功能结构域化学模拟及有机磷农药仿生识别分析研究

The inhibition effect of organophosphate pesticide to Acetylcholinesterase (AChE) can be used for pesticides residues rapid testing and toxicology assays. However，because of the diversity of enzyme resources and species，AChE was greatly influenced by environmental conditions. Thus the stability and reliability of enzyme inhibition assay were seriously affected. This study intends to synthetic functional bionic materials to simulate the functional domains of AChE，and to mimicits core functions, by the ways of mimic catalytic site with hydrazones and oximes and mimic specific binding sites with oligopeptides, charged micelles and molecularly imprinted polymers. Combining the two parts together, artificial enzyme complex were obtained to realize the specific combination and quantitative detection of organophosphate pesticide. At the same time, based on the data of the material combination and catalytic inhibition and structure-activity relationship studies, toxicity of organophosphorus pesticides could be qualitative judged..This study would build a new chemical bionic model as a bridge, between theoretical calculation model and real biological experiment. And under the simplified condition with less environmental parameters, researches, data collection and calculation could be carried on easily. And with the corresponding resolution and analysis of organophosphorus pesticide toxicology data, a new thought could be provided, which is be conducive to the organophosphate pesticide rapid detection, toxicology assay, toxic mechanism analysis and animal experiment in vitro alternative technologies.

乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制法是有机磷农药残留快速检测和毒理分析的主流方法。但由于AChE酶源和种类多样，且对环境条件要求严格，不同操作间的可比性不佳，严重影响了方法的稳定性和可靠性，造成误判可能。 本研究拟采用腙类和肟类分子模拟AChE催化位点，采用寡肽、带电胶束和分子印迹聚合物模拟识别与结合位点，并偶联成为复合材料，人工合成化学仿生酶模拟AChE的核心功能结构域，使其具有对底物乙酰胆碱的结合、水解催化及被有机磷农药抑制的活性，以实现对有机磷农药的有效识别和检测。同时基于结合、催化及抑制数据的统计分析和构效关系研究，实现对有机磷农药毒性的判断。本研究期望在理论模型和生物模型之间，构建一个化学仿生模型，简化条件参数，进行数据挖掘分析，并与有机磷农药的毒理学数据进行对应解析和相互验证，建立起有机磷农药快速定性、定量分析新方法，并为毒性机制分析及动物实验替代技术提供新的思路。

有机磷酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶（AChE）的抑制作用，可用于农药残留快速检测、毒理学分析等多个领域。但由于AChE酶源和种类多样，受环境条件影响大，严重影响了酶抑制法检测的稳定性和可靠性。本研究拟人工合成功能化仿生材料模拟AChE功能结构域的核心功能，即采用化学分子模拟AChE催化位点，制成复合材料，以实现对有机磷农药的特异结合与定量检测。 .本项目在执行过程中设计了多种方案，以实现化学材料对酶活性的功能模拟。如利用壳聚糖结合组氨酸与谷氨酸形成的聚合物微球，成功模拟了酯酶的催化活性，建立了一种新的酯酶模拟酶。.本研究基于模拟酶以及多种化学材料代替天然酶，建立了多种有机磷农药检测体系，实现了对有机磷农药的定性定量检测：.基于水杨醛肟模拟乙酰胆碱酯酶催化的功能，结合荧光共振能量转移的荧光淬灭恢复机制，建立了一种新型有机磷农药检测传感器，用于检测果汁和水中的有机磷农药。.本研究提出了一种基于环糊精和荧光探针的非酶快速测定水中有机磷农药的新方法：基本原理是化学荧光探针TPCA可以和环糊精@银纳米粒子之间形成荧光共振能量转移从而淬灭了TPCA的荧光；马拉硫磷可以阻断荧光共振能量转移的发生，从而使被猝灭的TPCA荧光得到恢复。.乙酰胆碱酯酶可催化硫代乙酰胆碱水解形成硫代胆碱，使可模拟过氧化物酶的铂纳米颗粒聚集，使催化活性减弱。有机磷使AChE活性受到抑制，产生的硫代胆碱较少，铂纳米颗粒模拟过氧化物酶催化反应增强，颜色加深。基于此原理，建立了一种农药的快速检测方法，用于梨和自来水中的有机磷和氨基甲酸酯类农药的检测。.本研究还基于金离子Au（III）对功能标记材料碳量子点的荧光猝灭作用，以及有机磷农药对乙酰胆碱酯酶催化碘化硫代乙酰胆碱水解反应的抑制作用，建立了一种“开/关”型农药残留快速检测传感器。.综上，通过本项目的实施，实现了多种化学材料对生物酶制剂催化功能的仿生模拟，并在此基础上建立了多种有机磷农药的定性定量检测方法，基本实现了项目的预期目标。