大連理工大學段春迎教授團隊在限域超分子擬酶催化領域取得突破性...

2020-12-06 澎湃新聞

大連理工大學段春迎教授團隊在限域超分子擬酶催化領域取得突破性進展

2020-06-24 07:37 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

 

近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室段春迎教授團隊基於前期工作基礎（J. Am. Chem. Soc.,2019,141, 12707−12716;Chem. Commun.,2019,55, 8524−8527;Angew. Chem. Int. Ed.,2017,56, 8692−8696;Angew. Chem. Int. Ed.,2017,56, 15284−15288），在限域超分子擬酶催化領域取得突破性進展，這一成果近期發表在《自然·通訊》上（A Host–Guest Approach to Combining Enzymatic and Artificial Catalysis for Catalyzing Biomimetic Monooxygenation,Nature Communications,2020,11, 2903），文章第一作者是精細化工國家重點實驗室趙亮副教授和博士研究生蔡俊凱，通訊作者為段春迎教授。

天然酶促級聯反應體系僅需催化計量的輔酶便可在複雜的體系內完成高效、高選擇性多步串聯催化過程，是設計理想人工催化體系的最佳模型。尤其在提倡綠色發展精細化工產業的當前，仿生催化不僅能夠減少精細化學品催化生產工業中大量高反應活性、高毒性氧化劑或還原劑的投入，還可以解決汙染嚴重和反應條件苛刻等問題。輔酶在多步串聯反應間的直接高效利用和動力學匹配是提升串聯反應體系效率的重中之重。學習和領悟自然界酶促過程，組裝金屬-有機限域超分子體系，通過主客體作用協同天然酶催化是完成輔酶原位循環利用、實現持續循環串聯反應的重要手段。段春迎教授團隊基於前期工作基礎，提出利用輔酶基金屬-有機限域超分子結構與天然酶催化體系相耦合的「套娃」式催化新策略，可直接應用於仿生催化單加氧反應。

圖1. a）全酶催化反應策略；b）人工酶與天然酶耦合「套娃」式催化反應策略

自然界中，黃素單加氧酶可以利用氧氣，在有機化合物骨架中完成直接氧插入反應。這類單加氧酶通過煙醯胺類輔酶NAD(P)H/NAD(P)+與黃素功能單元作用，進而獲得還原態的黃素分子，而後直接與氧氣作用生成黃素過氧化物中間體，再將過氧基團上的氧原子植入底物中，同時，NAD(P)H/NAD(P)+在酶促級聯反應中再生完成催化循環。利用輔酶基金屬-有機限域超分子結構作為「套娃」結構中間層，與內層包封的黃素結構單元和外層脫氫酶通過主客體作用相結合，構建了人工酶與天然酶級聯催化反應新模式。通過系統研究輔酶基限域超分子結構與黃素的主客體作用模式，論文揭示出這種「套娃」式主客體催化策略有利於催化單元、輔助催化單元和底物在空間距離的接近，並通過結構中豐富的氫鍵穩定反應過渡態進而加速反應的進行。利用光譜表徵和理論計算，論文闡明了中間層攜帶內層客體分子同樣通過主客體途徑進入外層的天然酶蛋白催化口袋，在這種「套娃」式主客體體系的作用下，中間層輔酶不需要在串聯反應間轉移，確保質子和電子的傳遞可以原位進行，在溫和條件下即可實現環酮和硫醚化合物高效的單加氧反應。同時論文所提出的「套娃」式主客體催化策略不需要添加額外的氧化劑和還原劑且不生成化工中常見的過度氧化產物，為精細化學品催化材料的設計提供理論指導，並為精細化工產業的綠色發展做出貢獻。

圖2.人工酶與天然酶耦合「套娃」式反應過程示意圖

以上工作得到了國家自然科學基金、遼寧省興遼英才計劃、大連市高層次人才創新支持計劃和大連理工大學星海優青基金的大力支持。

新聞來源：大工新聞網

文字作者：趙亮

編輯：胡蕙

校對：白書彬 

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）

相關焦點

  • 大連理工大學段春迎教授課題組：「套娃」式超分子催化新策略
    學習和領悟自然界酶促過程，組裝金屬-有機限域超分子體系，通過主客體作用協同天然酶催化是完成輔酶原位循環利用、實現持續循環串聯反應的重要手段。近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室段春迎教授（點擊查看介紹）團隊基於前期工作基礎（J. Am. Chem.
  • 大連理工大學科研又有重大突破,10項成果獲國際關注!
    二、呂小兵教授團隊在手性聚酯創製領域取得重要進展近日，大連理工大學呂小兵教授團隊基於多手性雙金屬協同催化實現環氧烷烴高對映選擇性開環的研究思路（ACS Catal. 2019, 9, 1915；JACS 2016, 138, 11493; 2019, 141, 8937），開發出新型多手性雙金屬鋁催化劑
  • 大連理工大學生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然...
    大連理工大學生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然多糖的協同機制 2020-12-15 22:40 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展
    大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展 作者：謝小芳 2019-12-01 01:18   來源：大連日報   大連理工大學在自旋電子學領域取得突破性研究進展有望從根本上突破傳統晶片發熱耗電等瓶頸　　11
  • 華東理工大學在超分子化學組裝調控化學發光領域取得新進展
    近日，華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心曲大輝教授課題組在超分子化學調控化學發光的研究中取得了重要進展，相關研究成果以「Color-Tunable Single-Fluorophore Supramolecular
  • 華僑大學JMCA在限域空間合成金屬有機骨架催化劑領域取得重要進展
    這是化工學院詹國武教授課題組在限域空間合成金屬有機骨架催化劑領域的又一重要研究進展。 JMCA是英國皇家化學會材料化學領域內具有高影響力的國際期刊，2020年影響因子為11.301。論文第一作者是化工學院2018級碩士研究生黃忠亮，唯一通訊作者是化工學院詹國武教授。
  • 華東理工大學人工構建自組裝多酶體—新聞—科學網
    本報訊（記者黃辛）記者從華東理工大學獲悉，該校生工學院魯華生物技術研究所教授魏東芝和任宇紅研究團隊，在自組裝超分子多酶體的研究中取得重要突破
  • 大連理工大學在高效光/電催化應用研究取得重要進展
    為探索新能源的可持續發展，基於光催化與電催化研究引起了學術界的廣泛關注。大連理工大學精細化工國家重點實驗室孫立成院士團隊的侯軍剛教授在該領域取得重要進展。在太陽能光催化分解水領域，如何提高光生載流子的定向移動，避免載流子複合，成為光催化體系中的關鍵科學問題。
  • 大連理工大學膜科學與技術團隊取得新進展
    大連理工大學膜科學與技術團隊非對稱膜電極材料用於高性能鋰電池儲能取得新進展鋰硫電池由於具有理論容量高(1675 mA h g-1)、能量密度大(2600 Wh kg-1)、硫資源豐富等特點，被廣泛地認為是未來大規模儲能領域應用發展的方向。
  • 華東理工大學在超分子水凝膠領域研究新進展
    近日，華東理工大學化工學院特聘研究員王義明與郭旭虹教授團隊在仿生自組裝水凝膠領域的研究工作中取得了新進展，研究成果以「Biomimeticstrain-stiffening self-assembled hydrogels」為題發表在
  • 華理在超分子化學組裝領域研究獲新進展—新聞—科學網
    華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心曲大輝教授課題組在超分子化學調控化學發光的研究中取得了重要進展，相關研究成果近日發表於《自然-通訊》。
  • 生物工程學院楊青教授團隊揭示糖基水解酶降解天然多糖的協同機制
    研究成果「High-speed AFM reveals factors affecting the processivity of a chitinase during interfacial enzymatic hydrolysis of crystalline chitin」發表在國際催化領域頂級期刊ACS catalysis（IF=13）。
  • 大連理工大學科研取得重大突破,成果登上國際頂級期刊!
    近日，大連理工大學生物工程學院朱志偉教授與瑞典查爾姆斯理工大學Jens Nielsen教授合作，以「Multidimensional engineering of Saccharomyces cerevisiae for efficient
  • 大連理工大學在化學模擬生物固氮研究取得新進展
    在國家自然科學基金（項目資助號：20676019，20972023，21076037，21231003）的大力支持下，大連理工大學精細化工國家重點實驗室曲景平教授的「小分子活化與仿生催化」研究團隊，在化學模擬生物固氮研究方面取得新進展。他們設計合成了一類新型鄰苯二硫酚橋聯雙核鐵配合物，建立了雙鐵分子仿生化學固氮新的功能分子模型。
  • 華東師大在超分子光化學領域取得重要進展
    近期，華東師範大學化學與分子工程學院徐林教授課題組和物理與電子科學學院、精密光譜科學與技術國家重點實驗室孫海濤研究員課題組跨學科合作研究在超分子光化學領域取得重要進展。因在光動力治療、光敏催化以及3D列印等領域的廣泛應用，新型光敏劑的開發倍受關注。光敏效率是衡量光敏劑性能的重要指標，提高光敏效率一直是該領域的研究熱點和難點。在π-共軛分子中通過共價有機合成引入多個重原子或增加大的π-共軛體系，從而促進自旋軌道偶合（SOC）和降低單線態三線態能極差(ΔEST)，是目前常用的提高光敏效率的策略。
  • 【中國科技網】華東理工大學分子機器研究取得新進展
    生物分子馬達在生命系統中扮演著重要角色，如生命體內的ATP合成酶、進行物質運輸的驅動蛋白等，是實現正常生命活動的基礎。受生物分子馬達的啟發，化學家們設計合成了一系列人工分子馬達和分子機器來模擬其運轉和功能。
  • 大連化物所發表碳納米管限域催化研究綜述文章
    繼2008年在英國Chem Comm發表特寫論文（Feature Article）後，受美國化學會《化學研究報告》（Accounts of Chemical Research）邀請，中科院大連化學物理研究所潘秀蓮研究員和包信和院士等近日撰寫綜述文章，詳細報導在限域催化領域研究最新進展，完整詮釋由該研究組發展起來的納米限域催化新概念（
  • 大連理工大學黃輝教授讓第三代半導體材料首次具備化學催化活性
    大連理工大學電信學部黃輝教授讓第三代半導體材料首次具備化學催化活性半導體材料是信息社會的基石，如用於信息處理的集成電路、用於信息獲取的微納傳感器。作為新興的第三代半導體材料，與第一代的矽材料、第二代的砷化鎵材料相比，氮化鎵材料具有優異的光電特性和化學穩定性（耐高溫耐腐蝕），被廣泛應用於功率電晶體和LED照明等領域。但是，氮化鎵不具備化學活性，這限制了其在化學傳感器領域的應用。此外，與集成電路產業相比，微納傳感器（尤其是化學量傳感器）的發展水平遠遠滯後，是物聯網和人工智慧等產業的「卡脖子」技術，也是繼集成電路之後的另一關鍵產業。
  • 大連化物所碳納米管限域催化研究工作取得新進展
    近日，中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室張帆、潘秀蓮和包信和等在碳納米管的限域催化研究方面取得新進展，相關結果發表在《美國國家科學院院刊》上。該研究團隊經過多年的研究，證實了這種納米級空間和電子結構可形成獨特的限域環境，導致組裝在其內部的金屬納米粒子和氣體分子的特性發生變化，從而可能改變分子吸附活化模式甚至反應路徑，提出了「碳納米管的催化協同限域效應」的
  • 上海大學本科生在超分子化學與催化領域研究連發兩篇PNAS
    近期，理學院上海大學「超分子化學與催化研究中心」Rebek教授和于洋教授帶領的研究團隊在《美國科學院院刊》(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America