脱水酶的高级结构肽模拟物的设计、合成及其催化β-羰基醇脱水反应过程中的手性识别作用研究

多肽酶模拟物是小型化的人工蛋白酶，对简化蛋白酶的研究并拓展其应用都有重要意义，是当前的热点研究领域。脱水反应是最重要的生化反应之一，但外消旋底物有选择性的脱水反应的研究尚无报道。本项目拟在本研究组的研究基础上，设计并合成一系列线型肽和具有稳定β-turn、β-hairpin高级结构的多肽；用NMR、FT-IR、CD和X-ray等方法研究合成酶模拟物的高级结构，然后模拟脱水酶催化外消旋β-羰基醇化合物的手性选择性脱水反应；详细研究肽的多肽氨基酸组成、构象、Lewis酸碱性等内在因素和反应溶剂、温度、pH、添加剂、浓度等外在因素对催化活性和手性识别的影响；探究最适底物范围，并在研究基础上进一步优化设计与合成新的酶模拟物，积极拓展底物范围；借助化学计算等手段深入研究催化高效不对称脱水反应的反应机理，为深入揭示脱水酶的催化活性与手性识别机理并开展更多酶模拟物的深入研究提供积极的理论基础。

酶是高效的生物催化剂，其底物范围狭窄、对温度、溶剂反应条件敏感，因而应用受到较大程度的限制。人工合成的短肽是生物酶的天然模拟物，具有易合成、结构和催化活性易于调节、对反应条件耐受性强、可催化的反应类型和底物范围广，在诸多方面明显优于天然酶制剂，是有机仿生催化反应研究的热点课题之一，在不对称催化反应和外消旋化合物的不对称催化的动力学拆分方面尤为成功。脱水酶催化的分子内脱水反应是常见的生物化学反应，如脂肪酸代谢过程中的脱水酶催化L-β-羟基羧酸衍生物脱水生成相应的共轭羧酸衍生物，对D-型异构体并不发生催化作用，表现出优秀的手性识别作用，据此可以通过催化分子内脱水反应动力学拆分消旋的β-羟基羰基化合物。但是通过不对称的分子内脱水反应动力学拆分β-羟基羰基化合物一直没有报道。我们合成了一系列的二肽、三肽和具有β-转折结构的四肽用于模拟脱水酶仿生催化β-羟基酮的分子内脱水反应。发现三肽的催化活性要高于二肽和天然氨基酸，四肽的活性最高，在生理温度条件下（37 oC），从一系列四肽中优化出的具有H2N-Val-D-Pro-Gly-Leu-OH序列的四肽表现出最高的催化活性，可以催化一系列外消旋的β-羟基酮的分子内脱水反应生成相应的α,β-不饱和酮。在较低温度下（0 oC），该四肽表现出优秀的手性识别作用，可以不对称地催化(S)-β-羟基酮发生分子内脱水反应而对其(R)-异构体的催化作用较弱，从而高效率地拆分了消旋的β-羟基酮，得到(R)-β-羟基酮，ee最高可以达到97%，手性拆分效率s值最高可以达到33.