陳鵬課題組實現(xiàn)活細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)鈀催化偶聯(lián)
時間：2021-04-06 16:58:03學院：化學與分子工程學院學校：北京大學
過渡金屬鈀催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)在現(xiàn)代有機合成化學中占有極為重要的地位。鈀催化劑的開發(fā)和利用使得化學家在分子水平上操控化學反應(yīng)的能力得到了空前提升，很多過去難于合成甚至無法合成的物質(zhì)都得以創(chuàng)造出來，該方法也因此獲得了2010年的諾貝爾化學獎。將這一傳統(tǒng)意義上的有機小分子之間的化學反應(yīng)拓展到生物大分子（如蛋白質(zhì)）上，尤其是在活體細胞內(nèi)進行這類反應(yīng)目前還充滿挑戰(zhàn)。由于金屬配合物的毒性以及體內(nèi)環(huán)境對催化劑活性的抑制，鈀催化反應(yīng)和絕大多數(shù)過渡金屬催化的有機反應(yīng)都無法與活細胞體系兼容。
北京大學化學與分子工程學院陳鵬課題組最近在《美國化學會志》）發(fā)表了題為“Ligand-Free Palladium-Mediated Site-Specific Protein Labeling Inside Gram-Negative Bacterial Pathogens”的科研論文 (J. Am. Chem. Soc., Article ASAP，DOI: 10.1021/ja402424j)，報道了一種不需要配體的鈀催化體系，能夠在活細胞內(nèi)高效地催化蛋白質(zhì)與小分子的偶聯(lián)反應(yīng)。?
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??為了在蛋白質(zhì)上實現(xiàn)鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)，該課題組發(fā)展了一個以綠色熒光蛋白為模型蛋白質(zhì)的催化劑篩選平臺，打破了以往只能在小分子模型化合物上篩選用于蛋白質(zhì)修飾的催化劑的局限，能夠同時監(jiān)測目標反應(yīng)在蛋白質(zhì)上進行的效率和相應(yīng)的催化劑毒性。通過這一策略，他們找到了一種簡單易得，且不需要配體的高效催化體系。該體系以硝酸鈀作為催化劑，利用底物小分子上的短鏈聚乙二醇作為鈀活性物種的自配體穩(wěn)定劑，在不需要外加配體的情況下，很好地實現(xiàn)了溶液中蛋白質(zhì)與小分子的交叉偶聯(lián)。進一步地，他們發(fā)現(xiàn)該催化體系具有良好的細胞膜穿透能力和極低的細胞毒性，成功實現(xiàn)了活體細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)。此外，他們還利用這一技術(shù)對病原菌微生物當中的一種毒性蛋白進行了特異熒光標記，充分展示了該鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)體系與蛋白質(zhì)和活細胞的生物相容性。
陳鵬課題組一直致力于活細胞內(nèi)生物相容反應(yīng)的開發(fā)和應(yīng)用，除上述成果外，他們還與北京大學深圳研究生院的合作者一道開發(fā)了利用光化學反應(yīng)調(diào)節(jié)熒光素酶活性的方法，成功構(gòu)建了活細胞內(nèi)“光激活”的熒光素酶。該成果也于近期發(fā)表在《美國化學會志》） (“Mechanism-based design of a photo-activatable firefly Luciferase”, J. Am. Chem. Soc., Just Accepted, DOI: 10.1021/ja4013535).
??? 上述工作得到了科技部、國家自然科學基金委，教育部及北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心的資助。
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