1. Science：從頭設(shè)計構(gòu)象隨pH變化的蛋白質(zhì)
在蛋白質(zhì)設(shè)計方面，目前已成功找到對應(yīng)于穩(wěn)定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的折疊序列。然而，就蛋白質(zhì)的功能而言，往往需要涉及構(gòu)象動力學(xué)。有鑒于此，華盛頓大學(xué)David Baker團(tuán)隊從頭設(shè)計了構(gòu)象隨pH變化的蛋白質(zhì)。具體而言，他們設(shè)計了螺旋寡聚體，其中組氨酸位于界面上的氫鍵網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)周圍有疏水層。降低pH值會使組氨酸質(zhì)子化，進(jìn)一步破壞螺旋寡聚體。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)低pH區(qū)域后，所設(shè)計的蛋白質(zhì)破壞了內(nèi)吞體膜。
圖：pH響應(yīng)的螺旋寡聚體的設(shè)計。
ScottE. Boyken, Mark A. Benhaim, Florian Busch, Mengxuan Jia, Matthew J. Bick,Heejun Choi, Jason C. Klima, Zibo Chen, Carl Walkey, Alexander Mileant,Aniruddha Sahasrabuddhe, Kathy Y. Wei, Edgar A. Hodge, Sarah Byron, AlfredoQuijano-Rubio, Banumathi Sankaran, Neil P. King, Jennifer Lippincott-Schwartz,Vicki H. Wysocki, Kelly K. Lee, David Baker. De novo design of tunable,pH-driven conformational changes. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aav7897
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/658
2. Science：電子衍射確定藥物納米晶體中的分子絕對構(gòu)型
確定有機(jī)分子的絕對構(gòu)型對于藥物開發(fā)和隨后的批準(zhǔn)過程至關(guān)重要。捷克科學(xué)院物理學(xué)院Petr Brázda團(tuán)隊通過電子衍射可以對納米晶材料進(jìn)行這種測定。 迄今為止，通過電子衍射進(jìn)行的從頭算結(jié)構(gòu)測定僅限于在每平方埃或更大的一個電子劑量后保持其結(jié)晶度的化合物。研究人員提出了索非布韋（sofosbuvir）和l-脯氨酸的藥物共晶的完整結(jié)構(gòu)分析，其穩(wěn)定性約為一個數(shù)量級。晶體多個位置的數(shù)據(jù)采集和高級強(qiáng)度提取程序使我們能夠從頭開始解決結(jié)構(gòu)問題。進(jìn)一步研究表明，動態(tài)衍射效應(yīng)足夠強(qiáng)，可以明確地確定由光散射體組成的材料的絕對結(jié)構(gòu)。
Brázda, P., Palatinus, L. & Babor, M.Electron diffraction determines molecular absolute configuration in apharmaceutical nanocrystal. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aaw2560
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/667
3. Science：構(gòu)象靈活的葡萄糖單體使合成最小的環(huán)糊精成為可能
環(huán)糊精(CDs)是α-1,4-D-吡喃葡萄糖苷的環(huán)狀低聚物，其中六聚體至八聚體較為常見。CDs的中空腔可以保留小分子，從而實現(xiàn)不同的應(yīng)用。最小的環(huán)糊精CD3和CD4的環(huán)尺寸太小，無法形成最穩(wěn)定的吡喃葡萄糖構(gòu)象，也尚未成功合成。有鑒于此，日本關(guān)西學(xué)院大學(xué)Hidetoshi Yamada課題組提出了化學(xué)合成CD3和CD4的方法。合成成功的主要因素是創(chuàng)造了一個平伏型（equatorial）和直立型（axial）構(gòu)象相互平衡的吡喃葡萄糖環(huán)。這種構(gòu)象靈活性歸因于在葡萄糖的O-3和O-6之間引入的橋環(huán)，它使合成環(huán)狀三聚體和四聚體時產(chǎn)生所需構(gòu)象。
圖1：CDs和關(guān)鍵成分的結(jié)構(gòu)使得合成CD3和CD4成為可能。
圖2：CD3和CD4的合成。
DaikiIkuta, Yasuaki Hirata, Shinnosuke Wakamori, Hiroaki Shimada, Yusuke Tomabechi*,Yuri Kawasaki, Kazutada Ikeuchi?, Takara Hagimori, ShintaroMatsumoto, Hidetoshi Yamada?. Conformationally suppleglucose monomers enable synthesis of the smallest cyclodextrins. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aaw3053
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/674
Science同期Perspective：
NicolaPohl. Putting sugars under strain. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aax3501
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/631
4. Science：加氫烯基化實現(xiàn)C(sp3)–C(sp2)鍵的斷裂
植物能產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的萜類化合物，這類物質(zhì)是藥物和其他精細(xì)化學(xué)品的有用前體。然而，這些化合物的碳骨架結(jié)構(gòu)限制了其多樣化應(yīng)用。加州大學(xué)洛杉磯分校Ohyun Kwon團(tuán)隊證明，通過臭氧、鐵氧化劑和氫原子供體的連續(xù)處理，可以清潔地從萜類物質(zhì)和相關(guān)化合物中分離出側(cè)鏈烯烴。這種方法通過打破飽和碳中心和雙鍵碳中心之間的成鍵，在現(xiàn)有廉價前體基礎(chǔ)上，直接獲得了理想的手性中間體。
圖：加氫烯基化斷裂C(sp3)–C(sp2)鍵：概念和應(yīng)用。
AndrewJ. Smaligo, Manisha Swain, Jason C. Quintana, Mikayla F. Tan, Danielle A. Kim,Ohyun Kwon*. Hydrodealkenylative C(sp3)–C(sp2) bond fragmentation. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aaw4212
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/681
Science同期Perspective：
SebCaille. Curbing the costs of chemical manufacturing. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aax2613
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/635
5. Science：顆粒狀甲烷單加氧酶——只存在單核Cu活性中心
甲烷是一種重要的燃料，但很少有反應(yīng)能將其直接轉(zhuǎn)化為部分氧化產(chǎn)物。細(xì)菌利用金屬酶催化甲烷氧化成甲醇的反應(yīng)則具有工業(yè)價值。了解這種反應(yīng)的金屬位點可能會激發(fā)新的仿生催化劑。美國西北大學(xué)Amy C. Rosenzweig和Brian M. Hoffman團(tuán)隊利用光譜測試手段，在顆粒狀甲烷單加氧酶中確定了兩個單銅活性位點。這些結(jié)果在一定程度上不同于以往關(guān)于金屬位點位置和核數(shù)的研究結(jié)果，并將促使人們重新思考這種金屬酶如何催化甲烷氧化。
圖：電子-核雙共振（ENDOR）表征 CuB(II)/CuC(II)與15N連接。
MatthewO. Ross, Fraser MacMillan, Jingzhou Wang, Alex Nisthal, Thomas J. Lawton, BarryD. Olafson, Stephen L. Mayo, Amy C. Rosenzweig, Brian M. Hoffman. Particulatemethane monooxygenase contains only mononuclear copper centers. Science, 2019.
DOI:10.1126/science.aav2572
https://science.sciencemag.org/content/364/6440/566
6. Science：利用磁性單分子傳感器探測和成像自旋相互作用
通過在探針尖端吸附CO等分子，可以大幅提高掃描探針顯微技術(shù)的分辨率。加州大學(xué)爾灣分校Ruqian Wu和W. Ho團(tuán)隊證明，這種方法可以用來掃描表面分子的自旋屬性和磁性質(zhì)。研究者首先將磁性分子[雙(環(huán)戊二烯)鎳(II)]吸附在銀表面，然后將其中一個分子轉(zhuǎn)移到掃描隧道顯微鏡的探針尖端。隨后，研究者把尖端朝向被吸附物覆蓋的表面，并繪制出超交換作用的強(qiáng)度。
圖：自旋-交換作用的強(qiáng)度成像。
Gregory Czap, Peter J. Wagner, Feng Xue, LeiGu, Jie Li, Jiang Yao, Ruqian Wu, W. Ho. Probing and imaging spin interactionswith a magnetic single-molecule sensor. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aaw7505
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/670
7. Science綜述：利用有源超表面的時空光控
在探索如何操縱光的過程中，光學(xué)超表面開辟了一個全新的領(lǐng)域。光學(xué)超表面可以局部地改變傳播波的振幅、相位和偏振。到目前為止，這些超表面大多是無源的，光學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于制造過程。斯坦福大學(xué)Mark L. Brongersma團(tuán)隊回顧了時變超表面的最新研究進(jìn)展，并探討了增加動態(tài)控制對于有源控制光傳播的作用。
圖：可通過時空超表面實現(xiàn)的光學(xué)現(xiàn)象。
Amr M. Shaltout, Vladimir M. Shalaev, Mark L.Brongersma. Spatiotemporal light control with active metasurfaces. Science,2019.
DOI: 10.1126/science.aat3100
https://science.sciencemag.org/content/364/6441/eaat3100
8. Nature Commun.：具有多響應(yīng)驅(qū)動的各向異性、修復(fù)水凝膠
由于在外部刺激下具有獨特的形狀轉(zhuǎn)換和自我修復(fù)功能，受智能生物組織的啟發(fā)，人造肌肉狀執(zhí)行器具有迷人的前景。然而，由于缺乏制造具有各向異性響應(yīng)性的巧妙柔軟材料的簡單和通用路線，進(jìn)一步的實際應(yīng)用受到阻礙。合肥工業(yè)大學(xué)從懷萍和中科大俞書宏團(tuán)隊設(shè)計了用于制造各向異性水凝膠的普適性的原位聚合策略。該各向異性水凝膠由通過金屬納米結(jié)構(gòu)組件交聯(lián)的高度有序的層狀網(wǎng)絡(luò)組成，并具有在機(jī)械、光學(xué)、去溶脹和溶脹行為上的顯著各向異性性能。由于動態(tài)硫醇-金屬配合作為愈合基序，復(fù)合材料在NIR輻照和低pH條件下表現(xiàn)出快速和有效的多響應(yīng)自愈合性能。取決于明確定義的各向異性結(jié)構(gòu)，水凝膠呈現(xiàn)可控的溶劑響應(yīng)機(jī)械致動性能。
Qin, H.; Zhang, T.; Li, N.; Cong, H.-P.; Yu,S.-H. Anisotropic and self-healing hydrogels with multi-responsive actuatingcapability. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10243-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10243-8
9. Nature Commun.：將氯尼達(dá)明遞送至線粒體可抑制肺腫瘤的發(fā)生和腦轉(zhuǎn)移
肺癌通常預(yù)后較差，而其向腦的轉(zhuǎn)移是造成最后死亡的主要原因。威斯康星醫(yī)學(xué)院尤明教授團(tuán)隊將效力有限的抗糖酵解藥物氯尼達(dá)明(LND)改造為可靶向線粒體的Mito-LND，其效力相對于改造前提高了100倍。Mito-LND是一種腫瘤選擇性氧化磷酸化抑制劑，可降低肺癌細(xì)胞的線粒體生物能，在小鼠肺癌異種模型上抑制肺癌細(xì)胞的活力、生長、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。Mito-LND可以通過抑制線粒體生物能來刺激活性氧的形成，并使得AKT/mTOR/p70S6K信號失活進(jìn)而誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞自噬性死亡，最終阻斷肺腫瘤的發(fā)展和腦轉(zhuǎn)移。并且，Mito-LND對小鼠沒有毒性，即使給予50倍有效抗癌劑量的藥物后8周也沒有明顯的毒性癥狀發(fā)生。這一研究表明，線粒體靶向的LND將為緩解肺癌發(fā)展和腦轉(zhuǎn)移提供新的治療策略。
Gang Cheng, Ming You, et al. Targetinglonidamine to mitochondria mitigates lung tumorigenesis and brainmetastasis. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10042-1
https://doi.org/10.1038/s41467-019-10042-1
10. EES：直接跟蹤全固態(tài)鋰硫電池中多硫化物的穿梭和界面演變：失效機(jī)理研究
憑借極高的能量密度和高安全性，全固態(tài)鋰硫（ASSLS）電池已成為有前景的下一代儲能系統(tǒng)。直接跟蹤ASSLS電池中固-固界面的結(jié)構(gòu)演變對于深入理解反應(yīng)機(jī)理以進(jìn)一步改善電化學(xué)性能具有重要意義。中科院化學(xué)所文銳課題組通過實時光學(xué)顯微鏡（OM）成像現(xiàn)場監(jiān)測ASSLS電池工作中的陰極/電解質(zhì)和陽極/電解質(zhì)界面的演變過程。在放電/充電時直接捕獲聚合物-陶瓷復(fù)合電解質(zhì)中從亮白色到深棕色的不可逆轉(zhuǎn)變，表明是固態(tài)電解質(zhì)中多硫化物的穿梭過程。此外，溫度依賴性的原位可視化表明，溫度極大地影響多硫化物穿梭、固態(tài)電解質(zhì)的不可逆體積變化和Li金屬的體積膨脹，這與電池性能的衰退直接相關(guān)。
Yue-Xian Song, Yang Shi, Jing Wan, Shuang-YanLang, Xincheng Hu, Huijuan Yan, Bing Liu, Yu-Guo Guo, Rui Wen, Li-jun Wan.Direct tracking the polysulfide shuttling and interfacial evolution inall-solid-state lithium-sulfur batteries: a degradation mechanism study. Energy& Environmental Science, 2019.
DOI: 10.1039/C9EE00578A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00578a#!divAbstract
