白玉罡教授课题组在胞内催化领域取得新进展

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化学化工学院白玉罡教授课题组的相关研究成果发表在Journal of the American Chemical Society（JACS）杂志上，并被选为封面文章。可以在细胞内工作的金属催化剂有着巨大的应用潜力，而高分子仿酶催化剂是其中的一种类型。这种人工合成的金属催化体系能扩大生物正交化学的适用范围，可以在细胞内完成一些天然生化过程中不存在的化学反应。

        近日，湖南大学化学化工学院白玉罡教授课题组报道了一种嵌膜大分子仿酶催化剂（Membrane-embedded catalyst, MEC），它不但可以稳定在细胞膜上实现催化转化，而且在活细胞体系中工作时仍然可以显示出底物选择性。相关成果以“A Membrane-Embedded Macromolecular Catalyst with Substrate Selectivity in Live Cells”为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）杂志上，并被选为封面文章。
在本项工作中，白玉罡教授课题组证明了这种“嵌膜”催化系统所具有的切实优势。
          他们先是证明了该高分子仿酶催化体系可以稳定地“嵌入”到细胞膜上，在细胞膜上实现催化转化；并且，该高分子仿酶催化体系具有对反应原料（即“底物”）的选择性。当该催化体系在活细胞细胞膜上工作时，其底物选择性仍可保留，这是仿酶催化剂领域的一大突破。
          他们还证明了细胞外的底物分子可以直接在细胞膜上被“嵌膜”催化剂转化为产物分子，并被递送到细胞内，这样就实现了细胞内外物质的高效交换。
          嵌在细胞膜上的催化剂的工作示意图。右侧的3D图展示了该催化剂的催化特性：底物与催化剂的库伦亲和力或疏水亲和力越强，催化效果越好。
          为了展示“膜嵌入”式催化剂的应用前景，该课题组还展示了利用这种催化剂实现功能分子的按需合成与跨膜递送的例子。在一个例子中，“嵌膜”催化剂在膜上将阴离子修饰的前药分子转化为了活性药物分子。由此，只要将催化剂“嵌入”到目标细胞之上，本来没有进入细胞的能力的药物就只会在目标细胞中生成，起到精确“制导”药物的目的。
          在另外一个例子中，作者们展示了一组药效低、难进入细胞的生物活性分子。在“嵌膜”催化剂的存在下，这两种分子直接在细胞膜上的催化剂内部被转化为效果更好的功能嵌合产物，该产物经由嵌在膜上的催化剂内部直接进入细胞内，产生更好的效果。
         综上所述，该工作为催化剂设计、前药设计、胞内递送等提供了新的策略与方法。由于该工作在分子设计和催化效果上的突破，被《JACS》选为封面论文。
         白玉罡教授为论文主通讯作者，湖南大学为通讯单位。化学化工学院硕士研究生邓颖姣为论文第一作者，博士生吴彤在工作中也做出了重要贡献，为论文的共同通讯作者和共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。
         白玉罡教授课题组近年来还发展了基于人工金属酶和球形核酸的胞内催化系统，在抗菌高分子、抗病毒高分子的研发上也有重要突破，多项工作被国际一流学术杂志选为封面、封底文章。
         白玉罡课题组在2022年见刊的其他2篇封面/封底文章，左为中国化学会旗舰刊物《CCS Chemistry》封面，右为英国皇家化学会旗舰刊物《Chemical Science》封底。
        《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），是美国化学学会（ACS）发行的学术期刊，也是该出版社的旗舰刊物，于1879年创刊至今。该期刊涉及化学领域的所有内容。
         文章来源：湖南大学
         白玉罡,湖南大学教授。于2009年在南京大学获取化学学士学位，后赴美国伊利诺伊大学（香槟校区）化学系，师从国际著名有机化学家、超分子化学与萎缩性肌强直治疗研究领头人物Steven C. Zimmerman教授，于2015年获得化学博士学位。在美国伊利诺伊大学（香槟校区）化学系以博士后身份工作两年后，于2017年8月归国加入湖南大学化学生物学与纳米医学研究所、化学生物传感与计量国家重点实验室，任湖南大学化学系教授。