中南民族大學在有機小分子結構測定方法上取得進展

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結構測定是分子科學研究的基礎問題，近半個世紀以來一直為研究熱點，並不斷取得突破。分子空間結構表徵的三大利器分別為單晶衍射（X-ray）、電鏡（EM）、核磁共振（NMR）。近年來，晶體海綿法（crystalline sponge method）、冷凍電鏡（Cryo-EM），有機小分子測定的掃描隧道顯微鏡（STM）和高分辨原子力顯微鏡（AFM）等瓶頸技術相繼舉得突破。

而NMR作為有機分子結構測定常用的方法，其在構象分析方面是單晶衍射與電鏡所無法比擬的。殘留偶極耦合（Residual dipolar coupling, RDC）蘊藏著豐富的立體結構信息，反映溶液NMR所無法檢測的長程和全局空間關係，實現「分子空間結構成像」，可用於分子的構成、構型、構象等立體化學研究，在生物大分子測定中已成為日常方法。但在有機小分子體系中，由於樣品極性範圍寬，性質多樣，信號易受定向介質干擾等，長期以來面臨的關鍵難題是缺乏有效定向介質，不易實現檢測，嚴重限制了其廣泛應用。

在國家自然科學基金面上項目和中德中心國際合作項目的資助下（項目資助號：21572164和GZ1289），中南民族大學藥學院雷新響教授課題組在與阿爾茨海默症相關的β-澱粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）聚集效應的啟發下，利用其核心片段多肽KVLFF的聚集功能，衍生化獲得了與甲醇形成溶致液晶的AAKLVFF多肽，可應用於核磁共振殘留偶極耦合的測定。通過以青蒿素藥物（蒿甲醚）、植物激素赤霉素（GA3）、抗腫瘤藥物銀杏內酯 B、巨大戟醇（Ingenol）、放線菌素D等分子為例子演示，印證了其測定RDC的準確性，可用於中等極性天然藥物及有機分子的三維結構測定。該介質為首例甲醇體系的定向液晶，具有如下特點：（1）液晶的形成臨界濃度低（0.5 %）、粘度低、流動性好、易勻場、定向角度可控、測定RDC值準確；（2）多肽的自組裝降低了背景信號；（3）製備簡易，可保持長時間的穩定；（4）可大批量生產且價格低廉。這為非核磁共振專業人員應用常規化的RDC技術測定複雜天然藥物的分子結構提供了便捷方式。

圖1. 多肽分子及待測分子的結構圖

圖2. 蒿甲醚藥物的各向同性和各向異性局部CLIP HSQC二維圖

相關工作近期發表在著名國際期刊《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed.,2017,56, 12857 –12861）。16級研究生邱峰、14級本科生白利文同學和王文宣博士後參與了相關工作，德國萊布尼茨分子藥理研究所、東北農業大學、溫州大學等單位提供了部分樣品及晶體結構數據及構象計算。

該論文作者為：Xinxiang Lei,* Feng Qiu, Han Sun, Liwen Bai, Wen-Xuan Wang, Wensheng Xiang, and Hongping Xiao

A Self-Assembled Oligopeptide as a Versatile NMR Alignment Medium for the Measurement of Residual Dipolar Couplings in Methanol

Angew. Chem. Int. Ed.,2017,56, 12857-12861, DOI: 10.1002/anie.201705123

關於NMR：介於固體和液體之間的「半固半液」NMR中所能檢測到的各向異性參數除RDC外，還包括化學位移各向異性（Residual chemical shift anisotropy, RCSA）、化學四極耦合( Residual quadrupolar coupling, RQC）等，同樣反映分子的空間結構信息，不僅在學術界引起關注，同樣也引起工業界的興趣。近期，美國默克Gary E. Martin研究員以各向異性參數確定複雜分子的精確結構為題在Science上發表解析修正若干天然產物及有機分子結構（Science,2017, DOI: 10.1126/science.aam5349），預示著核磁共振各向異性參數將在有機化學、天然產物、化學製藥界中廣泛應用，但尚處於「嬰兒期」，其檢測和闡釋有待進一步建立與完善，其價值和應用有待挖掘與拓展。

作者簡介：雷新響教授課題組長期從事NMR方法在有機化學和天然藥物的結構分析研究工作，有關RDC新方法部分研究結果已發表在Chem. Eur. J.(2017,23, 7653 – 7656),Magn. Reson. Chem.(2017,55, 297- 303),Angew. Chem. Int. Ed.(2016,55, 3690-3693) ,J. Am. Chem. Soc. (2014,136: 11280-11283)上，並受《中國科學?化學》邀請撰寫專題綜述（2017,47, 1401-1423）。目前，課題組正繼續完善、拓展和豐富RDC在天然藥物及有機分子測定新方法和應用研究，並深入發展RQC與RCSA測定方法，解決其它方法難於測定同位素手性等問題。歡迎天然產物化學、有機化學或核磁共振及其結構生物學專業的博士加盟，攜手推動和推廣核磁共振各向異性參數的應用。現以師資博士後招聘1名工作人員，年薪25萬起，另加業績獎金，符合要求者請直接聯繫雷新響教授。

http://www.x-mol.com/university/faculty/48466

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