烯硫醚动态共价键及其化学生物学应用

《烯硫醚动态共价键及其化学生物学应用》全书共5章，主要内容包括：绪论（第1章）、烯硫醚动态共价键氧化还原响应性能研究及调控（第2章）、烯硫醚动态共价键在蛋白质标记中的应用（第3章）、烯硫醚动态共价键在药物递送领域的应用探究（第4章）、烯硫醚动态共价键在多肽环化领域的应用探究（第5章）。全书详细且创新性地阐述了烯硫醚动态共价键的特点以及化学活性的调控策略，分别探讨了该类动态共价键在化学生物学、药物化学以及生物医学领域的应用潜力。
《烯硫醚动态共价键及其化学生物学应用》可为化学生物学、药物化学等专业本科生及研究生提供学习材料，亦可为化学生物学方向研究人员提供参考。

化学生物学、药物化学以及医学的交叉为人们从分子层面揭示生命规律，对生命体系活性分子进行精准调控和标记，开发更高效的药物筛选及递送体系提供了极大的支撑和帮助。动态共价键由于其兼具了稳定性以及条件动态响应能力，在这些领域发挥了巨大的作用，但是目前对动态共价键的开发远远跟不上更深层次化学生物学的需求，其种类也相对较少，无法完全适用复杂的生命机制探索、新药靶点发现以及生命体系精准调控。本书为读者提供了一种新型氧化还原应激动态共价键在复杂生命机制探索，生物活性物质标记，环肽药物构建以及药物递送等领域应用的蓝图，同时为化学生物学、药物化学等专业本科生及研究生提供学习材料，亦可为化学生物学方向研究人员提供参考。

随着基础科学研究的逐渐深入，关于生命机制的探索、新药的开发及前药控释体系的构建等诸多领域的发展遇到了许多瓶颈问题。而动态共价键，既可以像共价键一样稳定，又可以像非共价键一样解离，作为一种特殊的连接键，目前已经在生命机制传感、药物递送以及分子间组装等方面发挥了极为重要的作用，表现出巨大的潜能和应用价值。
目前动态共价键的多样性远远不能满足越来越高的应用要求，并且近些年来，很少有新的动态共价键体系被提出并进行系统研究。在这样的背景之下，我们构建了一种新型动态共价键—烯硫醚动态共价键，系统考察了该类化学键的氧化还原动力学及热力学性质。在此基础上，初步探索了其在复杂生命机制传感、药物递送和多肽探针及多肽药物开发方面的应用，以期将其作为一种新型、活性可调的动态共价键，为解决传统动态共价键体系在这些领域中的瓶颈问题提供经验和指导，为化学生物学及材料科学的发展提供帮助。
本书是笔者多年来对烯硫醚动态共价键开发和研究的总结，重点关注烯硫醚动态共价键作为氧化还原敏感新型动态共价键的活性调控及其在生命分析、多肽环化以及药物递送等领域的应用。本书在编写过程中参阅了国内外众多学者在动态共价键应用研究中的卓越工作，在此谨对他们表示衷心的感谢。书中关于烯硫醚动态共价键体系构建的研究工作得到了博士生导师吴川六教授和赵一兵教授的悉心指导，在此对两位导师致以诚挚的谢意。对硕士生张士龙，博士生路帅敏、刘俊杰为本书内容做出的贡献表示感谢。同时，对王志军、吴林韬等老师为本书的成文做出的贡献表示感谢。此外，本书的研究工作先后获得了山西省“1331”工程、山西省自然科学基金（20210302123079）、山西省高等学校教学改革项目（J20221092）等项目的资助，特此致谢!
由于笔者学识有限，本书在内容和取材上难免存在不妥之处，恳请读者提出宝贵的意见和建议。

高巍    
2023年12月  

第1章 绪论  001
1.1 引言	001
1.2 动态组合化学	001
1.2.1 超分子化学	001
1.2.2 动态共价化学	002
1.2.3 动态共价键	002
1.3 动态共价键的应用	005
1.3.1 动态共价键在生物活性物质及生命机制传感方面的应用	005
1.3.2 动态共价键作为连接键在药物递送及控释方面的应用	010
参考文献	019

第2章 烯硫醚动态共价键氧化还原响应性能研究及调控  024
2.1 烯硫醚动态共价键体系模型的构建	025
2.1.1 主要试剂	025
2.1.2 实验仪器	025
2.1.3 研究思路及合成路线	026
2.1.4 烯硫醚动态共价键模型体系的合成	026
2.2 烯硫醚动态共价键体系氧化还原响应性质研究及能力调控	031
2.2.1 储备溶液配制说明及实验条件	031
2.2.2 C-CN2COOMe的GSH取代动力学	031
2.2.3 iPrS-CN2COOMe的GSH取代动力学	032
2.2.4 Fmoc-bMe-S-Cys-CN2COOMe的GSH取代动力学	034
2.2.5 烯硫醚动态共价键的DTT还原	035
2.3 总结与展望	035
参考文献	037

第3章 烯硫醚动态共价键在蛋白质标记中的应用  038
3.1 基于烯硫醚动态共价键的内源性单双巯基蛋白同步可视化传感	039
3.1.1 引言	039
3.1.2 实验试剂与仪器	040
3.1.3 研究思路及合成路线	041
3.1.4 探针设计与合成	042
3.1.5 实验条件及储备溶液配制说明	044
3.1.6 结果与讨论	045
3.1.7 总结与展望	053
3.2 噬菌体展示荧光环肽探针文库构建及蛋白质分析研究	054
3.2.1 引言	054
3.2.2 荧光环肽文库设计思路及合成路线	055
3.2.3 应答模块合成路线	059
3.2.4 噬菌体展示文库探针合成	059
3.2.5 探针响应及修饰性能考察	063
3.2.6 噬菌体展示多肽文库滴度测定	065
3.2.7 噬菌体展示荧光环肽文库对靶标蛋白Biotin-Keap1的筛选	065
3.2.8 单克隆测序结果	066
3.2.9 多肽的合成与环化	066
3.2.10 环肽分子对靶标蛋白的荧光检测	067
3.2.11 总结与展望	068
3.3 基于新型烯硫醚动态共价键的细胞膜表面巯基-二硫键交换机制研究	068
3.3.1 引言	068
3.3.2 实验试剂与仪器	070
3.3.3 研究思路及合成路线	070
3.3.4 探针合成	072
3.3.5 谷胱甘肽取代动力学	076
3.3.6 结果与讨论	076
3.3.7 总结与展望	084
3.4 基于烯硫醚动态共价键探索细胞膜表面巯基受体介导增强跨膜运输机制	085
3.4.1 引言	085
3.4.2 烯硫醚	087
3.4.3 烯硫醚动态探针体系合成	092
3.4.4 总结与展望	097
参考文献	100

第4章 烯硫醚动态共价键在药物递送领域的应用探究  104
4.1 基于烯硫醚动态共价连接键的非内化药物递送体系构建	104
4.1.1 引言	104
4.1.2 研究思路及合成路线	105
4.1.3 烯硫醚非内化药物递送体系合成	107
4.1.4 聚合物POEGMA分子量及聚合度计算	113
4.1.5 给药体系修饰效率表征	113
4.1.6 S-C及S-S猝灭体系的GSH还原动力学	113
4.1.7 烯硫醚载药系统给药内化机制研究	115
4.1.8 总结与展望	116
4.2 膜表面巯基受体-烯硫醚动态共价键交换反应介导跨膜递送体系构建	116
4.2.1 引言	116
4.2.2 设计思路及研究内容	122
4.2.3 递送体系合成	123
4.2.4 总结与展望	128
参考文献	129

第5章 烯硫醚动态共价键在多肽环化领域的应用探究  132
5.1 引言	132
5.1.1 蛋白质-蛋白质相互作用	132
5.1.2 多肽药物	133
5.1.3 环肽	134
5.1.4 多肽位点特异性反应	136
5.2 研究思路及意义	145
5.3 二元环肽噬菌体文库构建及靶标筛选流程	146
5.3.1 实验材料及试剂	146
5.3.2 实验仪器	146
5.3.3 溶液配制	147
5.3.4 实验方法	148
5.4 基于烯硫醚键的二元环肽配体筛选评价	153
5.4.1 靶标蛋白生物素化磁珠捕获实验	153
5.4.2 噬菌体展示多肽文库滴度测定	154
5.4.3 噬菌体展示多肽文库对生物素化的靶标蛋白Biotin-mCNα筛选	154
5.4.4 单克隆测序结果	155
5.4.5 高通量测序结果	155
5.4.6 多肽的合成与环化	156
5.4.7 活性测试	156
5.5 总结与展望	157
参考文献	157