基于卟啉-肽生物仿生酶的构建及其应用研究

In this project, biological bionic enzymes will be constructed by supramolecular assembly of diphenylalanine-based peptides and porphyrin based on non-covalent interactions. Porphyrin and Diphenylalanine-based peptides with distinct structures and properties with diverse molecular structures and properties will be chosen as building blocks to construct biological bionic enzymes which catalytic and biochemical sensing properties are then studied. This novel method provides us a facile and green procedure to build biological bionic enzyme avoiding complicated organic synthesis participated in traditional preparation process. In addition, investigating the interaction mechanisms between diphenylalanine-based peptides and porphyrin molecules in the biological bionic enzymes will reveal us the relationship between structure and function of the biological bionic enzymes, which in turn indicates us the theoretical foundation of natural enzymes and promotes the development of enzyme bionic technology.

本项目从酶的基本结构入手，拟选取二苯丙氨酸（FF）基肽分子与卟啉类分子通过非共价键相互作用的超分子组装构建仿生生物酶体系。通过选取具有不同分子结构及性质的卟啉分子以及二苯丙氨酸基肽分子，构筑具有不同结构的仿生酶体系，并研究其催化以及生物化学传感性能。以这种方式构建仿生生物酶避免了传统制备仿生酶所需要的复杂的有机合成过程，实现一种简单、快速、廉价、绿色环保的构筑仿生酶的方法。通过对仿生酶体系中卟啉分子与肽分子的相互作用机制的研究，揭示仿生酶体系结构与功能之间的联系，为推动酶仿生技术的发展以及构建新型工业催化剂和生物传感器提供了一定的理论基础。

本课题围绕二苯丙氨酸二肽与卟啉类分子及其结构相似分子的超分子组装来展开，并以所得超分子组装结构为基础构建纳米仿生酶等相关功能材料，主要取得以下成果：（1）利用二苯丙氨酸二肽与偶氮苯水杨醛进行超分子共组装构建二维有序球膜，并利用其超疏水性质分别研究了亲水性分子与疏水性分子在其上的吸附行为，发现其对疏水性蛋白具有很好的吸附作用，可实现蛋白质的检测和分离。（2）利用阳离子型二苯丙氨酸二肽与血晶素构建纳米仿生酶，发现其具有典型的过氧化物酶的性质，能够催化氧化多种底物分子。利用半胱氨酸对仿生酶活性的特异性抑制作用构建了一种针对半胱氨酸的生物传感体系。（3）利用二苯丙氨酸二肽-二茂铁分子进行分子组装，发现二苯丙氨酸和二茂铁甲醛超分子组装结构具有很好的溶剂响应性，当向体系中加入异丙醇中，会诱导组装结构由纳米花向纳米球的转变，而且不同组装结构具有不同的酶活性。（4）以苯丙氨酸的类似物——多巴胺分子为基础，构建了两种基于聚多巴胺的层层组装纳米球：（a）聚多巴胺/普鲁士蓝复合纳米球，这种复合纳米球具有模拟过氧化物酶的性质，其与胆固醇氧化酶偶联后能够实现对胆固醇的高灵敏度检测。（b）聚多巴胺/聚合物复合纳米球，具有优异的热疗-化疗联合抗肿瘤效果。