【摘 要】
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人工金属酶（ArMs,artificial metalloenzymes）是将金属催化剂通过主客体相互作用组装到生物分子骨架中形成的一类仿生催化剂,它具有金属催化和生物催化的双重特点,用于拓展金属催化的反应类型和发掘生物分子的催化新功能。近些年,核酸的天然空间结构引起了化学家极大的兴趣,以组装人工核酸金属酶用于手性催化研究。双螺旋DNA、G-四链体DNA、G-三链体DNA、发卡型DNA、单链DNA
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人工金属酶（ArMs,artificial metalloenzymes）是将金属催化剂通过主客体相互作用组装到生物分子骨架中形成的一类仿生催化剂,它具有金属催化和生物催化的双重特点,用于拓展金属催化的反应类型和发掘生物分子的催化新功能。近些年,核酸的天然空间结构引起了化学家极大的兴趣,以组装人工核酸金属酶用于手性催化研究。双螺旋DNA、G-四链体DNA、G-三链体DNA、发卡型DNA、单链DNA等作为手性骨架和非手性金属配合物及金属离子组装成人工DNA金属酶,实现了一系列水相体系中重要的手性合成反应。相比DNA,RNA虽有多种结构但稳定性差,导致人工RNA金属酶的手性催化研究较少。并且,己报道的人工核酸金属酶大都含有几十到上百个核苷酸单元,这不利于采用光谱技术和理论计算研究其精细结构和催化机理。因此,寻找组成简单、结构稳定的核酸组装新型人工核酸金属酶并研究其手性催化机制成为研究热点之一。本论文拟采用环二腺苷酸（c-di-AMP）和腺苷三磷酸（ATP）为研究对象,通过与金属物种分别组装成人工c-di-AMP金属酶和人工ATP金属酶,并对其手性催化效果及其机理进行研究。具体内容如下:（1）c-di-AMP和Cu2+离子相互作用组装成人工RNA金属酶（c-di-AMP·Cu2+）,可以催化氮杂查尔酮类底物和环戊二烯的不对称Diels-Alder反应,表现出高反应活性和优异的手性选择性,ee值最高达到80%。研究表明:环二核苷酸的种类、c-di-AMP和Cu2+的比例、碱金属和碱土金属离子、pH值等决定c-di-AMPCu2+的手性催化性能。与空白反应和Cu2+相比,c-di-AMP·Cu2+催化Diels-Alder的反应速率分别提高300倍和5倍,表明c-di-AMP和Cu2+组装成稳定的人工RNA金属酶。（2）研究发现c-di-AMP和非手性铜（Ⅱ）联吡啶配合物可以组装成人工RNA金属酶（c-di-AMP/Cu（dmbpy））。c-di-AMP/Cu（dmbpy）对硫醚和过氧化氢的不对称氧化反应表现出高活性和中等手性选择性（35%ee）。研究表明:环二核苷酸的种类、铜配体的结构、碱金属和碱土金属离子、pH值等对c-di-AMP/Cu（dmbpy）的手性催化性能影响较大。利用紫外可见光谱测定c-di-AMP与铜（Ⅱ）配合物结合常数,发现Cu（dmbpy）与c-di-AMP表现出最强的亲和力（kh=5.55×105 M-1）,这对c-di-AMP/Cu（dmbpy）显示手性催化功能至关重要。（3）ATP为生物骨架可以选择性识别Cu2+离子组装成人工ATP金属酶（ATP·Cu2+）,对氮杂查尔酮和环戊二烯的不对称Diels-Alder反应表现出高活性和高手性选择性,ee值最高达到84%。研究表明:核苷三磷酸的种类、ATP和Cu2+的比例、碱金属和碱土金属离子、缓冲溶液的种类和pH值、反应温度等对ATP·Cu2+金属酶的手性催化性能产生很大影响。与空白反应相比,ATP.Cu2+可以加速反应至少一个数量级。ATP类似物的控制实验表明,嘌呤结构、β-磷酸基和γ-磷酸基对ATP·Cu2+的手性催化功能至关重要。基于紫外可见滴定实验（UV-Vis titration）、顺磁共振谱（EPR）和核磁共振滴定实验（NMR titration）的结果,结合密度泛函理论（DFT）的计算结果,获得ATP.Cu2+的精细配位结构为:Cu2+离子与一个N7原子、一个β-磷酸氧原子、一个γ-磷酸氧结合,同时氨基上N6和γ-磷酸氧之间产生很强的氢键作用。
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