報告摘要

　　金屬酶是一類含有金屬輔因子的蛋白酶，約占天然酶總數的50%，其卓越的催化性能源于獨特的金屬活性中心及動态蛋白質結構。然而，天然金屬酶存在制備成本高昂、分離純化困難、循環利用性差等瓶頸問題，嚴重制約了其工業化應用。目前發展的納米酶、手性金屬配合物、自組裝多肽等仿酶體系，因難以模拟天然酶的結構柔性，其催化效率普遍低于天然金屬酶。針對這一挑戰，開發新型仿酶催化劑需解決兩個關鍵科學問題：(1) 精準構建類酶活性中心；(2) 設計兼具結構柔性與立體選擇性的催化框架。基于此，本團隊創新性地發展了pH階躍/脈沖升溫及瞬态寬帶二維紅外光譜技術，系統研究了銅離子與寡肽配位的光譜特征。研究發現組氨酸側鍊與銅離子的配位會産生約30 cm-1的特征頻移和信号增強，因此該方法也為應用瞬态二維紅外光譜研究組氨酸與體内銅離子轉運過程及緻病機理奠定方法學基礎。進一步地，我們揭示了肽鍊N端電荷分布、組氨酸空間位阻及亞甲基序列對銅-肽螯合物構型的調控規律，并成功利用肌肽構建了具有天然酶特性的雙核銅活性中心，實現了氧氣活化及多巴氧化的立體選擇性催化。受血蟲颚蛋白啟發，我們設計了一種含組氨酸的相分離多肽。該多肽與銅離子螯合後可形成具有催化功能的微液滴，通過底物富集效應實現了超越天然金屬酶的催化活性，同時展現出優異的熱穩定性和可循環使用性能。

報告人簡介

　　張新星，博士畢業于南開大學，博士期間主要工作在柏林洪堡大學Nikolaus Ernsting課題組完成，合作導師Mark Maroncelli，其後在美國芝加哥大學Andrei Tokmakoff課題組從事博士後研究。長期緻力于基于瞬态光譜的分子動力學研究及超快光學平台技術革新，主導搭建了寬光譜熒光上轉換系統以及寬時域脈沖升溫二維紅外系統。2021年入職大連理工大學，主要從事生物分子識别、自組裝及相分離動力學過程的研究，通過調控金屬離子與多肽螯合構型設計具有立體選擇性的新型仿酶催化體系。 近年來，在時間分辨光譜技術、生物大分子識别、智能生物材料設計等領域取得一系列創新成果和技術突破，在Nature Chemistry、Matter、Macromolecules、Cell Rep. Phys. Sci.等期刊發表文章。