分子|Nature刊发华东师大成果！分子拓扑学研究获突破性进展
国际著名学术期刊《自然》（Nature2020,584,562-568.）8月26日在线发表华东师范大学化学与分子工程学院李大为（David A. Leigh）教授团队在分子拓扑学方面取得突破性进展 ， 华东师范大学为该成果第一单位 。
文章图片
文章图片
李大为教授团队利用单一股线构筑不同单分子拓扑结构（Nature2020,584, 562-568.）
“这项研究最大的创新点是：我们首次利用单一分子股线 ， 通过模拟分子伴侣蛋白诱导蛋白折叠的过程 ， 实现了三种不同分子拓扑结构的构筑 ， 完全区别于该领域以前报道的一种合成方法对应一种拓扑结构的策略 ， 大大拓展了分子拓扑学在未来研究拓扑类蛋白功能及构象关系的潜力 。”李大为教授介绍 ， “与此同时 ， 在我们所得到的三种拓扑结构中 ， 存在对称度较低的52结这一结结构 ， 这也是科学家首次报道该拓扑结构的合成策略 。”
文章图片
文章图片
Nature刊发：华东师大分子拓扑学获突破性进展（Nature2020,584, 562-568.）
一条分子链 ， 打出多种结
作为分子拓扑学方向的奠基者和开拓者 ， 李大为教授在构筑纳米结构的分子结和探索其性质和功能方向做出了卓越的贡献 。
文章图片
文章图片
李大为（David A. Leigh）教授
在此前的研究中 ， 李大为教授课题组已经报道了很多利用不同金属模板的策略构筑不同复杂程度的单分子结 ， 但仍然缺乏用一条分子链打出多种结的策略 。针对这一科学问题 ， 受伴侣蛋白（Chaperone）机制启发 ， 李大为教授团队基于上述工作 ， 在一条分子链上 ， 利用过渡金属离子和镧系金属离子作为正交模板 ， 通过点手性诱导构筑了具有单一拓扑手性的分子结52 。此外 ， 研究人员也能够利用该分子链选择性合成大环01（unknot）和分子结31另外两种拓扑异构体 。这不仅提供了构筑复杂分子结的策略 ， 同时也推动了分子拓扑学的发展 。
文章图片
文章图片
分子结52的合成
分子结52的合成由四步制备得到 。首先配体L1与Cu(I)配位高效率地形成两种金属络合物（ΛCu和ΔCu）; 第二步 ， 由于配体中点手性的诱导 ， 只有其中的一种构型ΛCu络合物能够与三价镥离子形成开链的分子52结; 第三步 ， 通过烯烃复分解锁定开链结构得到金属分子52结; 第四 ， 脱去两种金属离子制备得到有机分子52结 。需要指出的是 ， 分子结52的合成不受热力学控制 ， 不同的金属离子添加顺序会产生不同的结果 。实验结果表明 ， 仅在先添加Cu (I)然后添加Lu (III)的条件下可以得到正确折叠的主要中间体(ΛCu ， ΛLu)-L1?[Lu] [Cu] 。研究人员通过核磁共振氢谱证实了1?[Cu] [Lu]的合成 ， 同时圆二色谱（CD）的信号表明产物的拓扑结构和立体构型是(+52)–1?[Cu][Lu] 。
此外 ， 分子链L1也能够通过大环化形成分子结01 ， 或利用镧系金属离子形成分子三叶结31 。质谱证实了这三种拓扑异构体具有相同的分子量 ， CD光谱表明三种拓扑异构体之间仅有微小差异 ， 这表明在不存在金属离子的情况下 ， 三种拓扑异构体之间不存在优势构象 。然而 ， 这三种拓扑异构体在NMR DOSY谱中显示出不同的扩散常数 ， 从而从侧面证实了分子52结的结构 。
推荐阅读
- 分子标记|生物技术新突破：“豪猪”分子标记系统可追踪微小物体
- |英媒：土卫六大气分子有助构建生命
- 化学加|化学类手机APP推荐 | 查分子式、结构式、物化性质、图谱、合成路线……
- 读家曝|“生命分子”工厂再获国际证书，产能可满足近千万人的需求
- |19个神经元控制自动驾驶汽车，虫脑启发新研究登Nature
- 北京邮电大学出版|高分子材料竟然连“王水”都不怕？常用塑料在汽车上有哪些应用？
- 研之成理|10天！三星发完Nature发Science！背景介绍本文亮点图文解析
- 手机|重要！这个密码你设置了吗？
- 36氪|36氪首发｜15亿新融资！分子诊断平台“思路迪诊断”获得新一轮股权融资
- 中科院之声|实现单个超冷分子的相干合成丨亮点成果