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木薯镁离子转运蛋白家族基因的鉴定及生物信息学分析

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生物技术通报 2024年第9期40卷 20-32页

作者：谭博文张懿张鹏王振宇马秋香海南大学热带农林学院海口570228 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032 中国科学院大学北京100049 广东省科学院南繁种业研究所广州510316

【目的】镁离子转运蛋白(magnesium transporters,MGT)是重要的镁离子运输体,通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性,为进一步研究其功能提供指导。【方法】通过同源序列比对,从木薯基因组数据库中筛选出13... 详细信息

【目的】镁离子转运蛋白(magnesium transporters,MGT)是重要的镁离子运输体,通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性,为进一步研究其功能提供指导。【方法】通过同源序列比对,从木薯基因组数据库中筛选出13个MeMGTs基因,分别将其命名为MeMGT2;1-MeMGT10;2。运用生物信息学方法对这些基因进行染色体定位分析、保守序列功能预测和系统发育树分析,并对所编码的蛋白质理化性质和结构功能进行预测。【结果】染色体定位分析显示13个MeMGTs基因分布在8条染色体上,基因的外显子数量在4-13个之间。组织表达模式分析表明MeMGTs基因在不同发育阶段表达水平不同,其中MeMGT4;2主要在须根和储藏根中表达,推测该基因可能主要在根的发育过程中发挥作用;MeMGT7主要在木薯叶片、中脉及茎中表达,推测其可能主要在镁离子的长距离运输过程中发挥作用。顺式作用元件预测结果显示MeMGTs基因的启动子序列中含有大量光响应和激素响应元件,暗示其受多种因子调控。分析木薯与部分模式植物MGT基因家族的系统发育树,发现这些蛋白被分为5类。蛋白序列特征分析显示MeMGTs蛋白均为亲水性蛋白,具有2个跨膜结构和保守的镁转运蛋白三肽基序Gly-Met-Asn(GMN),且不含信号肽。蛋白磷酸化分析表明MeMGTs基因家族具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点,该基因家族的蛋白可能通过这些位点发挥作用。【结论】MeMGTs基因表达受光、激素、干旱和低温响应等多种元件调控,可能在木薯的生长发育和逆境胁迫中发挥用。

关键词：木薯镁离子转运蛋白 MeMGTs基因家族基因鉴定生物信息学

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细菌生物膜耐药机制与纳米生物治疗研究

生物化学与生物物理进展 2024年第7期51卷 1604-1617页

作者：何卓俊陈玉颖周泱戴桂琴刘德亮刘孟德高健辉陈泽邓嘉玉梁光炎魏莉赵鹏飞卢洪洲郑明彬广东医科大学药学院东莞市药物设计与制剂技术重点实验室广东医科大学纳米药物制剂重点实验室东莞523808 深圳市第三人民医院国家感染性疾病临床医学研究中心深圳市结核病临床医学研究中心肝病研究所深圳518112 中国科学院深圳先进技术研究院中国科学院健康信息学重点实验室广东省纳米医药重点实验室深圳518055 广东金融学院国际教育学院广州510521 临沂市人民医院呼吸与重症医学科临沂273300

由细菌生物膜造成的耐药是感染性疾病的临床挑战,严重危害人类健康。细菌定植在机体后产生胞外基质形成生物膜,其具有结构致密、高黏附性、药物低渗等特征,是临床传统药物治疗感染性疾病失败的关键原因。因此,亟待开发抗细菌生物膜感染... 详细信息

由细菌生物膜造成的耐药是感染性疾病的临床挑战,严重危害人类健康。细菌定植在机体后产生胞外基质形成生物膜,其具有结构致密、高黏附性、药物低渗等特征,是临床传统药物治疗感染性疾病失败的关键原因。因此,亟待开发抗细菌生物膜感染的新型治疗策略,应对日益严峻的耐药感染。纳米生物材料具有特异靶向、智能递送、载药量高、毒副性低、穿透性强等优势,被广泛用于细菌生物膜相关感染的治疗。本文阐述了细菌生物膜的生物学特性及其耐药分子机制,介绍了纳米生物材料通过破坏成熟生物膜、阻断细菌通信、抑制细菌代谢和增强生物膜渗透等策略治疗细菌感染的进展,并展望了纳米材料生物治疗的发展趋势与转化前景。

关键词：细菌生物膜耐药机制纳米药物生物治疗

La_(2)FeMO_(6)双钙钛矿中的不对称氧空位用于促进氧活化和H2S选择性氧化

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 198-208页

作者：魏征蒋国霞王怡雯黎刚刚张中申程杰张凤莲郝郑平中国科学院大学挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室环境材料与污染控制技术研究中心北京101408

金属氧化物催化剂表面O_(2)分子的活化对于多相催化中氧化还原反应具有重要意义.硫化氢(H_(2)S)选择性氧化是一个典型的氧化反应,通常用于去除克劳斯工艺尾气中有害的H_(2)S,同时回收化工产品硫磺.受克劳斯反应的热力学限制,工艺尾气中... 详细信息

金属氧化物催化剂表面O_(2)分子的活化对于多相催化中氧化还原反应具有重要意义.硫化氢(H_(2)S)选择性氧化是一个典型的氧化反应,通常用于去除克劳斯工艺尾气中有害的H_(2)S,同时回收化工产品硫磺.受克劳斯反应的热力学限制,工艺尾气中仍有近1%的H_(2)S残留,在焚烧炉中会转化为有害的SO_(x),造成不必要的硫损失以及严重的环境问题.研究表明,氧分子活化解离产生的活性氧物种是H_(2)S选择氧化的关键活性物种.然而,受限于氧分子的低效活化,传统催化剂需提高反应温度以获得令人满意的H_(2)S转化率,这也促进了副反应的进行并生成有害副产物SO_(2).因此,迫切需要在较低温度下实现氧分子的高效活化以促进H_(2)S选择氧化反应的进行,从而最大限度地提高克劳斯工艺硫回收效率并降低运营成本.目前,大多数研究通过引入更多的氧空位促进氧分子的活化及氧化反应的进行,但很少有人考虑氧空位本身结构的影响.近年来,研究者更多地关注不对称氧/空位(M_(1)-O-M_(2)或M_(1)-VO-M_(2)),该特殊结构可以有效地优化氧分子的活化,提高催化性能.本文报道了一种简单的氧空位调控策略用于H_(2)S选择氧化,通过过渡金属(M=Mn,Co和Mo)取代策略在LaFeO_(3)钙钛矿催化剂中引入不对称氧空位,从而激发氧分子活化以促进H_(2)S选择氧化的进行.X射线粉末衍射、Raman光谱及透射电镜结果表明,Mn和Co的引入形成了均匀的La_(2)FeMO_(6)以及La_(2)FeCoO_(6)双钙钛矿相,而Mo的引入则形成了La_(2)Mo_(2)O_(9)和LaFeO_(3)钙钛矿的混相.X射线光电子能谱及M?ssbauerr谱结果表明,Mn取代形成的La_(2)FeMO_(6)双钙钛矿催化剂由于其结构中Mn与Fe的完全交替取代形成了丰富的不对称Fe-VO-Mn位点,结合H_(2)程序升温还原及O_(2)程序升温解吸结果,可以推断不对称空位促进了催化剂上氧分子的活化,进而提高了催化剂的氧迁移率和还原性.模拟计算了氧分子在LaFeO_(3)及La_(2)FeMO_(6)催化剂上的吸附及解离过程,结果表明,氧分子在对称的Fe-VO-Fe位点上具有较高的吸附能及解离能,在不对称的Fe-VO-Mn位点上不存在稳定的吸附态,倾向于直接解离形成活性氧物种.具有丰富不对称Fe-VO-Mn位点的La_(2)FeMO_(6)催化剂的H_(2)S选择氧化低温活性和稳定性显著提高,在较宽的温度窗口内均可保持较好的H_(2)S转化率(>90%)与硫选择性(接近100%).综上,本文通过取代策略实现了对催化剂氧空位结构的调控,揭示了不对称氧空位对氧分子活化行为的促进机制.研究结果不仅为合理设计高效氧化催化剂探明了一条可行的途径,还对氧分子活化过程中氧空位结构的促进机制提供了深入的见解,有望激发更多关于开发氧化还原反应高效催化材料的研究.

关键词：双钙钛矿不对称氧空位氧分子活化硫化氢选择性氧化硫磺回收

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第一性原理计算约束宏观地质现象的微观机制

岩石学报 2024年第6期40卷 1972-1996页

作者：高子越邱昆峰罗炳程刘鑫龙政宇于皓丞张靖源邓军深时数字地球前沿科学中心地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国农业大学理学院应用物理系北京100083 中国地质大学(北京)材料科学与工程学院北京100083

微观尺度物理化学机制随着时间推移和空间尺度放大,逐步累积形成在地球系统中能够被直观观测到的大规模地质过程。揭示地质作用过程中隐藏在宏观表象下的微观机制一直是地球科学研究的重要内容。近年来,随着计算能力的提高和计算方法的... 详细信息

微观尺度物理化学机制随着时间推移和空间尺度放大,逐步累积形成在地球系统中能够被直观观测到的大规模地质过程。揭示地质作用过程中隐藏在宏观表象下的微观机制一直是地球科学研究的重要内容。近年来,随着计算能力的提高和计算方法的进步,基于量子力学原理的理论计算方法——第一性原理计算,以精度高、效率高、应用灵活且所得结果可以媲美实验等优势,为构建宏观与微观之间的桥梁提供了一个有力途径。本文归纳总结了第一性原理计算的基本原理,梳理了使用第一性原理计算在研究宏观地质现象的微观机制领域取得的新认识,侧重论述了第一性原理计算在研究矿物物理化学性质、深部熔体性质、同位素分馏机理、元素地球化学行为等方面的应用,并展望了第一性原理计算在未来可能遇到的挑战和发展趋势,为微观机制的计算模拟研究提供帮助。第一性原理计算的发展和应用,增强了人们对地球系统微观机制的理解,为未来地球科学的研究提供了新思路。

关键词：第一性原理计算晶格振动频率计算分子动力学模拟深部地球矿物结构流/熔体

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肺腺鳞癌转分化驱动KRAS靶向治疗耐药

中国细胞生物学学报 2024年第7期46卷 1317-1322页

作者：童欣媛薛云张宁霞季红斌多细胞体系结构与功能重点实验室中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所中国科学院大学

KRASG12C抑制剂（Adagrasib和Sotorasib）在靶向治疗KRASG12C突变的肺癌中已显示出较好的临床效果,然而耐药现象普遍存在。因此,探究KRAS抑制剂耐药机制极为重要。丝氨酸–苏氨酸激酶11（STK11）/LKB1通常在人肺腺癌中与KRAS共突变, KRA... 详细信息

KRASG12C抑制剂（Adagrasib和Sotorasib）在靶向治疗KRASG12C突变的肺癌中已显示出较好的临床效果,然而耐药现象普遍存在。因此,探究KRAS抑制剂耐药机制极为重要。丝氨酸–苏氨酸激酶11（STK11）/LKB1通常在人肺腺癌中与KRAS共突变, KRAS/LKB1突变亚群对标准治疗响应较差。该研究发现治疗前已富集鳞癌特征的KRASG12C肺腺癌患者具有较短的Adagrasib治疗持续时间,且这一相关性在STK11/LKB1共突变的亚群中尤为显著。通过建立KRAS抑制剂耐药小鼠模型和腺鳞癌转分化类器官模型,该研究证明KRAS/LKB1突变的肿瘤细胞可以通过腺鳞癌转分化驱动KRAS抑制剂耐药。机制上, Elf5-ΔNp63转录轴可以调控腺鳞癌转分化过程并影响肿瘤细胞对KRAS抑制剂的药物响应。值得注意的是,在腺鳞癌转分化过渡状态中高表达的KRT6A基因与较差的Adagrasib响应显著相关。该研究揭示了肺腺鳞癌转分化是驱动KRAS抑制剂耐药的重要机制,且KRT6A有望成为新的生物学标志物预测患者对KRAS靶向治疗用药的响应。

关键词：腺鳞癌转分化 KRAS抑制剂 LKB1 KRT6A

非血红素铁酶中动态配位变化对C-H键选择性胺化反应的调控机制

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 131-144页

作者：张璇刘佳廖浪星王子宽王斌举厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室福建省理论与计算化学重点实验室福建厦门361005 宁波大学新药技术研究院浙江宁波315211 马克斯-普朗克煤炭研究所德国

氮杂环丙烷结构广泛存在于天然生物碱中,具有杀菌、抗癌等作用.然而,目前关于生物体系在合成氮杂环丙烷结构过程中如何克服氮杂环丙烷高环张力带来的热力学不利因素,以及如何避免形成热力学更稳定的羟基化副产物的报道较少.TqaL_(NC)酶... 详细信息

氮杂环丙烷结构广泛存在于天然生物碱中,具有杀菌、抗癌等作用.然而,目前关于生物体系在合成氮杂环丙烷结构过程中如何克服氮杂环丙烷高环张力带来的热力学不利因素,以及如何避免形成热力学更稳定的羟基化副产物的报道较少.TqaL_(NC)酶是目前非血红素酶家族中唯一一种能够依赖α-酮戊二酸活化C-H键,进而生成氮杂环丙烷结构的酶.深入探究TqaL_(NC)酶选择性生成氮杂环丙烷结构并避免羟基化副产物的机制,有助于深入理解非血红素铁酶家族在C-H键活化及官能化过程中的选择性调控机理.本文以TqaL_(NC)酶的晶体结构为基础,采用分子动力学(MD)模拟以及量子力学-分子力学(QM/MM)等多尺度模拟方法对TqaL_(NC)酶与L-缬氨酸(L-Val)、TqaL_(NC)酶与L-异亮氨酸(L-Ile)和F345A-TqaL_(NC)酶与L-异亮氨酸(L-Ile)三个反应过程进行了详细的机理研究.结果表明,TqaL_(NC)酶在反应过程中生成的直立式构象的Fe(Ⅳ)=O物种会通过构象异构化获得赤道面式构象,为底物(L-Val、L-Ile、L-homoalaine)上NH_(3)^(+)与Fe的配位提供结构基础.在水和关键酸性残基的介导下,底物NH_(3)^(+)两次脱去质子与Fe(Ⅳ)=O物种配位,生成HN-Fe(Ⅳ)=O结构.随后,Fe(Ⅳ)=O物种攫取底物H原子,生成HN-Fe(Ⅲ)-OH中间体.此时NH回弹反应比传统的OH回弹反应在动力学上更有优势,因此选择性地生成了氮杂环丙烷产物.在反应过程中,底物侧链与周围氨基酸的位阻效应是影响NH回弹反应能垒的重要因素.通过改变底物侧链大小(L-Val→L-Ile)以及附近氨基酸的突变(F345A)实验,证实了该结论.本文还通过理论计算预测了TqaL_(NC)酶与L-高丙氨酸的反应产物为羟基化产物,并通过新的实验证据进一步支持了理论预测的机理.此外,在HN-Fe(Ⅲ)-OH结构中,通过前线轨道理论分析发现,dπ*Fe-N,dπ*Fe-OH轨道的能量差是影响NH/OH回弹反应能垒的另一重要因素.当底物NH与Fe配位时,其配位作用能够使得dπ*Fe-N以及dπ*Fe-OH轨道有效分裂,这种分裂进而影响了反应路径的选择性,确保氮杂环丙烷产物的生成.综上,本文提出了依赖α-酮戊二酸酶催化合成氮杂环丙烷结构的新机理.研究发现,Fe中心的动态配位效应在实现C-H键选择性胺化反应并避免C-H键羟基化反应中起到了关键作用.该理论为非血红素Fe酶催化的非羟基化反应提供了新的见解,并为探索包括C-N/C-S/C-O等重要生物合成反应新机理的探究提供了新思路.

关键词：联合量子力学-分子力学方法 C-H键活化非血红素酶胺化反应羟基化反应

氧缺陷型光催化剂构建、失活及其稳定性研究进展

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应用化工 2024年第9期53卷 2165-2171页

作者：马亮刘伟朝宋忠梅张琼元马铁柱张思远叶秀深中国科学院青海盐湖研究所盐湖资源绿色高值利用重点实验室青海省盐湖资源化学重点实验室青海西宁810008 中国科学院大学北京101408 青海和众网络科技有限公司青海西宁810000 中国科学院青海盐湖研究所盐湖化学分析测试中心青海西宁810008

氧缺陷构筑可以缩小光催化材料的带隙(E_(g))以提高材料光响应能力,引入的缺陷能级促进了光生载流子的分离与传输。此外,氧缺陷的构筑提高了材料吸附、活化O_(2)分子的能力,促进活性氧物种(ROS)的产生以提高有机污染物的降解效率。然而... 详细信息

氧缺陷构筑可以缩小光催化材料的带隙(E_(g))以提高材料光响应能力,引入的缺陷能级促进了光生载流子的分离与传输。此外,氧缺陷的构筑提高了材料吸附、活化O_(2)分子的能力,促进活性氧物种(ROS)的产生以提高有机污染物的降解效率。然而,氧缺陷结构易被活性物种氧化或有机分子占据,表现为光催化材料活性的衰退。列举了氧缺陷型光催化材料的构筑方法和失活原因,总结了通过表面包覆、有机物桥连、异质结构筑和金属粒子沉积等手段提高氧缺陷结构稳定性的方法及其机理,梳理了失活材料的常用再生方法及原理,旨在为高活性、高稳定性氧缺陷型光催化材料的设计与改性提供参考。

关键词：氧缺陷光催化剂失活稳定性

调控等级孔UiO-66(Ce)中Ru纳米团簇的电子态、丰度和微环境用于高效催化双环戊二烯加氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 150-165页

作者：李如硕汪琳梦周佩云林璟刘志远陈娟赵丹凤黄秀兵陶志平王戈北京科技大学材料科学与工程学院北京基因组工程材料高级创新中心北京分子与结构构建功能材料重点实验室北京100083 中国石化石油化工科学研究院有限公司北京100083

催化石油加工副产物双环戊二烯(DCPD)加氢得到的四氢双环戊二烯(THDCPD)是一种高能量密度燃料,在航空航天领域具有重要应用价值.传统DCPD加氢催化剂在反应中存在使用寿命短和重复使用性差等问题.金属有机框架(MOFs)作为一种周期有序多... 详细信息

催化石油加工副产物双环戊二烯(DCPD)加氢得到的四氢双环戊二烯(THDCPD)是一种高能量密度燃料,在航空航天领域具有重要应用价值.传统DCPD加氢催化剂在反应中存在使用寿命短和重复使用性差等问题.金属有机框架(MOFs)作为一种周期有序多孔材料,有望成为用于DCPD加氢的新型高效催化剂.通过引入介孔或大孔来构建等级孔MOFs(HP-MOFs),可以克服微孔对DCPD等大客体分子的扩散限制,促进底物分子向HP-MOFs内部活性位点转移.此外,加入合适的金属组分(如价格相对低廉的Ru)到HP-MOFs,可以使金属的原子利用率最大化,优化活性位点的分散性和稳定性,进一步协同提升催化性能.因此,发展HP-MOFs与金属组分间异质结构的调控方法,建立构效关系至关重要.本文采用软模板法制备了HP-UiO-66(Ce),设计和构建了介孔UiO-66(Ce)负载钌纳米簇(NCs)异质材料,并用于催化DCPD加氢反应.X射线衍射(XRD)、扫描电镜、透射电镜、氮气吸脱附和DCPD加氢结果表明,与微孔和大孔UiO-66(Ce)相比,介孔UiO-66(Ce)独特的结构在催化剂制备和DCPD加氢中显示出独特的优势:(1)具有配体缺失缺陷的Ce-oxo簇促进了Ru^(3+)的有效吸附;(2)微孔框架的约束作用实现了Ru NCs的有效固定和均匀分散,抑制了Ru NCs的团聚和流失,保证了催化剂的稳定性;(3)介孔结构为DCPD和H_(2)底物分子提供了高效的传质通道,也有利于暴露更多的活性中心,促进DCPD与H_(2)底物分子的吸附和活化.此外,通过优化合成条件,可以精确控制Ru NCs活性位点的电子结构、分布和微环境.XRD和X射线光电子能谱结果表明,Ru NCs和Meso-UiO-66(Ce)之间Ru-O-Ce强异质界面的形成导致了晶格畸变,Ru@Meso-UiO-25-200中Ru^(0)和M-O占比最多,主要来源于还原处理得到的Ru NCs和Ru-O-Ce异质界面中Ru‒O键的形成,且样品中Ru0的含量与Ru^(3+)吸附温度呈反相关趋势,与样品还原温度呈正相关趋势.密度泛函理论计算结果表明,金属Ru0作为主要活性位点,极大地促进了DCPD和H2的吸附,并激活了催化剂上吸附的DCPD的C=C键,促进了DCPD两个C=C双键的“共吸附”和连续化加氢过程.因此,介孔UiO-66(Ce)和Ru NCs异质结构的构建,在低温(60℃)下仅用35 min就实现了DCPD催化加氢得到四氢双环戊二烯(THDCPD)(100%转化率和~100%选择性),且循环使用6次后性能基本保持不变,表现出较好的活性和稳定性.综上,本文通过等级孔和异质结构的构筑,证明了介孔结构在大底物分子催化反应中的结构优越性,并进一步揭示了催化剂合成条件、结构和性能之间的关系,为理性设计新型MOFs基功能材料在催化、吸附、储能等方面的应用提供新思路.

关键词：等级孔 UiO-66(Ce) Ru纳米簇双环戊二烯微环境调控

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活性炭吸附苯系物性能的研究进展

地球环境学报 2024年第1期15卷 44-58页

作者：张超锋李荣石先进黄宇中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室中国科学院气溶胶化学与物理重点实验室西安710061 中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心西安710061 中国科学院大学北京100049

人类活动排放的挥发性有机物(VOCs),尤其是苯系物(BTEX),不仅影响空气质量,还会对人体健康产生不同程度的危害。室内苯系物具有浓度低、释放周期长及来源复杂等特点。由于活性炭(AC)优异的孔道结构和易调控的表面化学性质,采用活性炭吸... 详细信息

人类活动排放的挥发性有机物(VOCs),尤其是苯系物(BTEX),不仅影响空气质量,还会对人体健康产生不同程度的危害。室内苯系物具有浓度低、释放周期长及来源复杂等特点。由于活性炭(AC)优异的孔道结构和易调控的表面化学性质,采用活性炭吸附苯系物是封闭/半封闭空间空气污染控制的最有效策略之一。本文综述了封闭/半封闭空间苯系物的理化特征、活性炭的物理化学性质及其吸附苯系物的影响因素。这些因素主要包括活性炭物理结构、表面化学性质、苯系物分子结构和吸附条件。此外,还进一步探讨了活性炭再生技术,并展望了针对封闭/半封闭空间苯系物污染的活性炭吸附技术的改进策略。

关键词：活性炭吸附苯系物表面物理化学性质再生技术