金属配合物-蛋白质杂化酶的分子设计及其催化氧化机理研究

设计建构新型、高效的金属配合物-蛋白质杂化酶已经成为生物无机化学的一个新兴领域，本课题拟设计合成一系列具有氧化活性的过渡金属大环配合物，将其与血红素氧化酶杂化，形成新型配合物-蛋白质杂化酶，对其结构和性质表征；探索其与底物的相互作用；研究酶的催化氧化活性及其催化中间体的结构性质；探讨酶的结构-性质-反应-功能之间的关系，为生物化学、生物技术以及药物应用构建稳定、廉价的金属蛋白酶，并为设计合成新型高效生物酶提出新的研究思路。

合成了四个系列配体及其金属配合物：两个大环酰胺类配体、一个酰胺希夫碱大环配体及其Co(II)/Cu(II)/Ni(II)配合物，一对水溶手性希夫碱配体及其Mn(III)/Co(III)/V(V)/Cu(II)/Ni(II)配合物，一个具有较好水溶性双希夫碱配体及其Mn(III)/Co(III)/Cr(III)/V(V)/Cu(II)/ Ni(II)/Zn(II)/Cd(II)配合物，对这些配体和配合物进行了红外、紫外、质谱、元素分析及X-射线晶体衍射先进结构表征。采用紫外-可见、荧光、圆二色、红外、Raman光谱等手段对配合物与蛋白质的作用过程中蛋白质构象变化、结合常数、结合位点、作用力类型等做了深入的研究。将金属配合物与蛋白质杂化，得到了九个杂化蛋白酶，发现配合物水溶性、金属离子都影响着杂化蛋白形成。对金属配合物及其杂化蛋白或金属配合物-蛋白质混合物的催化活性进行了探讨，发现其催化活性与金属离子、配合物手性等都有密切的关系。本项目的研究不仅有助于了解影响金属酶催化活性的因素，还将为设计合成稳定、绿色、高立体选择性的廉价的生物酶提供理论基础。