12期封面，帶你回顧Nature Chemistry的2017

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2017年即將過去，今天我們就用12期封面，來簡單回顧一下「Nature Chemistry的2017」。

一月

相比於金屬-有機骨架（MOF）結構，分子晶體中缺少定向的分子間強配位作用，因而難以實現晶體孔徑尺寸及連通性的有效調控，網路延展結構合成的例子也十分少見。手性識別可以實現分子間的定向相互作用，常用於控制較大結構的模塊化組裝。英國利物浦大學的Andrew Cooper與南安普敦大學的Graeme Day等人便利用這種策略實現了多孔有機籠分子的有序組裝，形成一維多孔納米管與三維菱形柱撐多孔網路結構。晶體結構可通過晶格能的計算及篩選進行合理調控，由此提供了一種快速評估候選分子結構單元的有效方案。

Reticular synthesis of porous molecular 1D nanotubes and 3D networks

Nat. Chem.,2017,9, 17, DOI: 10.1038/nchem.2663

二月

利用化學合成手段設計具有仿生功能的膠體物質為實現人造原細胞（protocell）結構奠定了基礎。儘管人們已實現了幾種新型原細胞的構建，但合成原細胞群並模擬其群體行為的研究卻十分少見。英國布里斯託大學Stephen Mann等人通過靜電相互作用，實現了蛋白酶團聚微粒（「殺手」）與蛋白質-聚合物微囊（「獵物」）之間的人工「掠食行為」，藍色的蛋白酶團聚微粒通過蛋白酶誘導的蛋白質-聚合物膜裂解攻擊獵物，與此同時釋放負載的葡聚糖、單鏈DNA、鉑納米顆粒等。該工作為發展人造原細胞群的相互作用開闢了道路，並為研究軟物質微小區域系統及合成原細胞群中的群體行為提供了重要策略。

Predatory behaviour in synthetic protocell communities

Nat. Chem.,2017,9, 110, DOI: 10.1038/nchem.2617

三月

基於熱力學的方法（例如分子對接）在候選藥物的虛擬篩選中已卓見成效，但要提高計算機輔助的、基於結構的藥物設計的成功率，發展新的方法仍舊十分重要。西班牙巴塞羅那大學的Xavier Barril等人開發了一種基於結構穩定性的藥物篩選模式，通過動態脫離（dynamic undocking，DUck）的快速計算方法來計算破壞最重要的受體接觸所需的功。他們還結合對接與分離策略篩選了可能作用於分子伴侶和腫瘤靶標Hsp90的大量分子。

Dynamic undocking and the quasi-bound state as tools for drug discovery

Nat. Chem.,2017,9, 201, DOI: 10.1038/nchem.2660

四月

到底是什麼化學和物理過程結合在一起形成了第一個生命系統？這是無數科學家希望弄明白，但可能永遠無法弄明白的問題。最近在許多不同領域取得的一些進展，例如合成、物理化學和生物化學等，為這一問題提供了一些線索。英國倫敦大學學院的Matthew W. Powner等四個科學家團隊的工作探討了RNA的起源及與其所涉及生物學過程相關的小分子，為早期地球的組成和地球生命起源等問題提供了新的見解。封面圖片描繪的是設想中的早期地球上RNA複製的過程。

A prebiotically plausible synthesis of pyrimidine β-ribonucleosides and their phosphate derivatives involving photoanomerization

Nat. Chem.,2017,9, 303, DOI: 10.1038/nchem.2664

Prebiotic synthesis of phosphoenol pyruvate by α-phosphorylation-controlled triose glycolysis

Nat. Chem.,2017,9, 310, DOI: 10.1038/nchem.2624

A viscous solvent enables information transfer from gene-length nucleic acids in a model prebiotic replication cycle

Nat. Chem.,2017,9, 318, DOI: 10.1038/nchem.2628

Simple peptides derived from the ribosomal core potentiate RNA polymerase ribozyme function

Nat. Chem.,2017,9, 325, DOI: 10.1038/nchem.2739

五月

細胞膜是生物系統的重要組成部分，它們具有多種關鍵功能，包括分隔化學反應以及形成濃度梯度。作為化學信號的分子和離子必須轉運穿過細胞膜以介導一系列細胞功能。美國麻省理工學院的Edward S. Boyden等四個科學家團隊的工作研究了如何通過人工方法穿過細胞膜的脂質雙層轉運化學信息。封面圖片展示的是一種合成的跨膜孔——由α螺旋肽自組裝形成。

A monodisperse transmembrane α-helical peptide barrel

Nat. Chem.,2017,9, 411, DOI: 10.1038/nchem.2647

Ligand-modulated conformational switching in a fully synthetic membrane-bound receptor

Nat. Chem.,2017,9, 420, DOI: 10.1038/nchem.2736

Controlled membrane translocation provides a mechanism for signal transduction and amplification

Nat. Chem.,2017,9, 426, DOI: 10.1038/nchem.2678

Engineering genetic circuit interactions within and between synthetic minimal cells

Nat. Chem.,2017,9, 431, DOI: 10.1038/nchem.2644

六月

無膜細胞器通過無序蛋白的相分離過程形成，參與多種重要的細胞功能，然而人們對形成類似的人工多組分結構的研究還十分有限。美國杜克大學的Nick Carroll和Gabriel López的聯合團隊提出了通過液滴微環境中無序蛋白的相分離形成不同人工細胞器的設計原則。封面圖片展示了一個多層團聚體，每層由不同的蛋白相形成。

Programming molecular self-assembly of intrinsically disordered proteins containing sequences of low complexity

Nat. Chem.,2017,9, 509, DOI: 10.1038/nchem.2715

七月

生物系統中的催化過程通常涉及「安排巧妙」的生物大分子內及分子間的超分子相互作用，以在空間與時間層面上調控細胞反應。不過，在合成大分子系統中要模仿這種巧妙安排卻相當有挑戰。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的Jianjun Cheng和康涅狄格大學的Yao Lin等人報道了具有空間α-螺旋結構的多肽大分子用於自催化合成過程。該催化體系由包含高密度引發基團的線性聚降冰片烯骨架構成，形成的α-螺旋可以帶來相鄰鏈大偶極之間的協同相互作用，並顯著提高聚合速率。

Cooperative polymerization of α-helices induced by macromolecular architecture

Nat. Chem.,2017,9, 614, DOI: 10.1038/nchem.2712

八月

主鏈包含金屬的線性聚合物有作為「分子電線」的潛力，表現出吸引人的磁性質與電性質。聚金屬茂是一類重要的金屬聚合物，但金屬與配體間結合較強，因而僅表現出了靜態性質。英國布里斯託大學的Ian Manners等人發現鎳與環戊二烯基的相互作用較弱，由此設計了中等張力的基於二茂鎳的金屬聚合物。儘管在短時間尺度上觀察到了靜態行為，但是在長時間尺度上表現的卻是動態性質。這種金屬聚合物可以容易地解聚並重新聚合（如封面圖片所示），或許可以用於數據存儲等領域。

Main-chain metallopolymers at the static–dynamic boundary based on nickelocene

Nat. Chem.,2017,9, 743, DOI: 10.1038/nchem.2743

九月

合理地選擇配體在設計過渡金屬催化劑時十分重要，不同配體會通過空間結構及電子特性等因素影響催化劑的催化性能。儘管人們已建立了膦配體參考體系，考察其不同參數對低價過渡金屬催化劑活性的影響，但對於高價金屬催化體系的研究卻存在明顯的空白。美國密歇根州立大學的Aaron Odom教授發展了一套新的考量標準研究高價過渡金屬物種的催化活性，能基於容易獲得的參數推測新催化劑的速率常數配體中的電子參數（如封面圖片所示），甚至可以為機理研究提供重要的信息。

Quantifying ligand effects in high-oxidation-state metal catalysis

Nat. Chem.,2017,9, 837, DOI: 10.1038/nchem.2843

十月

Tubingensin B是一種具有二取代咔唑單元的吲哚二萜類化合物，該天然產物包含五個立體中心，其中三個為季碳中心，與此同時還存在官能化的[3.2.2]橋連雙環結構，在合成中極具挑戰性。美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的Neil Garg教授通過構建關鍵的瞬態芳香炔中間體，實現了Tubingensin B簡潔高效的對映選擇性全合成。在合成研究中，他們完成了咔唑炔的環化，通過Rh催化的裂解反應完成了天然產物中七元環與鄰位季碳手性中心的構建，並以後期的自由基環化過程引入橋環結構（點擊閱讀詳細）。

Total synthesis of (–)-tubingensin B enabled by the strategic use of an aryne cyclization

Nat. Chem.,2017,9, 944, DOI: 10.1038/nchem.2801

十一月

儘管人們已在分子水平上實現了多種複雜拓撲結構的構建，但納米級的微觀編織結構仍舊難以實現，目前僅有少數藉助金屬模板合成雙軸編織分子的工作報道。瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Helma Wennemers教授通過自組裝的方法設計了三軸超分子網路編織結構。每條軸線由包含剛性低聚脯氨酸鏈段與兩組苝-單醯亞胺發色團的結構單元自組裝形成，軸線末端通過π-π堆積相互作用形成具有交替朝向的空隙，並通過CH-π相互作用形成編織結構的交叉結點，由此產生微米尺度的超分子網路編織結構更為穩定，可用於負載銥納米顆粒（點擊閱讀詳細）。

A triaxial supramolecular weave

Nat. Chem.,2017,9, 1068, DOI: 10.1038/nchem.2823

十二月

蛋白質參與的催化過程涉及側鏈、底物和輔助因子在原子層面的相互作用，而從頭設計具有精確預期結構的小分子結合蛋白仍舊具有挑戰性。美國杜克大學的David Beratan、Michael Therien及加州大學舊金山分校的William DeGrado帶領的團隊完全依靠第一性原理設計了一種新型的蛋白質PS1，該蛋白質可以在高達100 ℃的溫度下與高度缺電子的非天然卟啉結合。holo-PS1在亞?量級高解析度下觀察的結構與預期結構一致。他們的秘訣是設計一個遠端蛋白核心，包含一個預先安排好的結合卟啉輔助因子的柔性結合位點。

Denovodesign of a hyperstable non-natural protein–ligand complex with sub-? accuracy

Nat. Chem.,2017,9, 1157, DOI: 10.1038/nchem.2846

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