基于功能化杯芳烃配合物的铜锌超氧化物歧化酶模拟研究

超氧离子自由基是导致人体衰老和神经退行性等疾病的重要原因，开展清除超氧离子自由基的铜锌超氧化物歧化酶(Cu,Zn-SOD)模拟研究对于延缓衰老和治疗相关疾病的化学药物设计有重要意义。结合酶蛋白质工程的研究结果，在前期SOD模拟工作基础上，本项目拟通过杯芳烃的超分子体系模拟酶的活性中心及其附近有重要生物功能的次层结构。通过对杯芳烃上缘的正电荷数量、疏水腔大小和杯芳烃下缘的配合物种类等因素的调控，构建具有多重静电、疏水等弱相互作用和不同氧化还原电势的模拟物，用循环伏安法测定电化学性质，用电子自旋共振技术测定催化过程的中间体，用黄嘌呤氧化酶方法测定模拟物清除超氧离子自由基的能力。通过本研究，进一步揭示Cu,Zn-SOD的结构和功能的关系，探索酶模拟物设计的新方法，并筛选出高活力的Cu,Zn-SOD模拟物作为超氧离子自由基清除剂和神经退行性等疾病治疗的潜在药物。

通过设计对超氧离子自由基底物分子具有多重弱相互作用识别的铜锌超氧化物歧化酶模型，旨在模拟铜锌超氧化物歧化酶的活性中心及其附近有重要生物功能的氨基酸残基，探索金属酶功能模拟的有效途径，具有较重要的理论和潜在应用前景。本项目的主要研究内容：（1）合成和表征了多个杯[4]芳烃下缘修饰哌啶的金属配合物，利用密度泛函理论计算和实验测定哌啶基杯芳烃铜配合物清除超氧离子自由基的能力，发现质子化的哌啶基杯芳烃对底物存在静电和疏水协同作用，有效提高了酶模拟物的活性；（2）设计和合成了一系列个杯[6]芳烃下缘修饰吡啶或喹啉的金属配合物，测定其清除超氧离子自由基的能力，发现杯[6]芳烃的修饰基团的位置和类型对酶模拟物的活性有重要的影响；（3）合成和表征了数个金刚烷基吡啶或喹啉铜配合物的环糊精包合物，测定水溶性的包合物清除超氧离子自由基的能力，发现性铜酰氨吡啶环糊精包合物的高催化活性与其未配位的环境有关。本项目有助于进一步理解铜锌超氧化物歧化酶结构和功能的关系，探索了利用超分子手段酶模拟物设计的新方法。围绕着本项目的开展，已培养2位硕士研究生。