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　　10月5日，《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）期刊以“Hot Article”的形式發(fā)表了中國科學院生物物理研究所王江云課題組題為S-click reaction for isotropic orientation of oxidases on electrodes to promote electron transfer at low potentials 的研究文章。文中報道了該課題組開發(fā)的基于基因密碼子擴展及新型生物正交反應“S-Click”方法改造氨基酸氧化酶，成功實現(xiàn)了氨基酸的快速、實時、精準的電化學檢測。
　　氨基酸是重要的生理生化代謝與細胞信號分子，異常氨基酸代謝導致許多嚴重疾病，因此實時氨基酸分析對醫(yī)學、診斷及生命科學具有重要意義。隨著生命科學的不斷發(fā)展，在國際期刊上關于氨基酸在細胞代謝、基礎病理方面的重要性研究日漸增多，例如色氨酸的代謝，與精神疾病，免疫疾病，以及癌細胞的免疫逃逸都具有重要關聯(lián)。此外，色氨酸，甘氨酸，精氨酸，絲氨酸的代謝與腫瘤發(fā)生發(fā)展具有重要關系，已成為重要的精準藥物靶點。目前對于氨基酸的檢測主要有光譜，液相色譜，酶聯(lián)顯色反應等，上述手段都難以對人體體液中的氨基酸實現(xiàn)實時、動態(tài)的分析，也正因為缺乏一種對體液中氨基酸的快捷、實時、靈敏準確分析的手段，不但限制了對不同氨基酸與人類健康關系的進一步研究，而且錯失了通過對這種重要生理代謝基礎物質的監(jiān)控來早期預警健康狀況的機會。
　　改進酶電化學生物傳感器（EEB）的重點之一是改善酶和電極之間的電子傳遞。在EEB中使用電子介體是一種改善電子傳遞的常用方法，但使用電子介體通常會導致相對于酶的原始氧化還原電位增加的過量電位，并且氧化還原介質通常是非選擇性的，不僅促進了電極和蛋白質之間的電子轉移，也促進了各種干擾分子的電子轉移。此外，電子介體在活體分析領域的應用也存在諸多限制。利用納米材料增強酶電極的電子轉移為第3代生物傳感器的實現(xiàn)做出了巨大貢獻，但酶相對于電極表面的隨機取向導致電子轉移效率的較大變化。該研究通過基于基因密碼子擴展的非天然氨基酸插入技術，位點特異性地將巰基苯丙氨酸（TF）插入到酶特定位點中，TF的巰基通過該研究發(fā)展的新型生物正交“S-Click”反應與連接分子（Bodipy373）的氯苯基團特異偶聯(lián)，而連接分子通過π-π stacking組裝到碳材料表面，實現(xiàn)不同氨基酸氧化酶在碳材料電極表面的定點偶聯(lián)（如圖2所示）。該團隊開創(chuàng)的定點偶聯(lián)體系（S-Click, 圖2C），相比于目前主流的基于疊氮基-炔烴基“點擊化學”的偶聯(lián)體系，具有更好的反應活性與生物相容性，更符合開發(fā)可穿戴設備的需求?；谠摷夹g制備的色氨酸氧化酶電極展現(xiàn)出了更高更均勻的酶負載，同時在電化學測試中也展現(xiàn)出了極低催化電位的色氨酸直接生物電催化（圖3）。
　　利用基于基因密碼子擴展的氨基酸生物電化學傳感器，團隊進一步在血液樣品及癌細胞培養(yǎng)體系中對色氨酸、甘氨酸進行了精準的實時原位動態(tài)檢測（圖4）。
　　生物物理所研究員王江云為論文的通訊作者，副研究員夏霖為論文的第一作者。該工作得到國家自然科學基金、重點研發(fā)計劃、中科院重點部署項目以及深圳市“三名”工程的資助。
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　　圖1. 基于基因密碼子擴展的氨基酸生物電化學傳感器示意圖
　　圖2. TrpOx-395TF-Bodipy373形成過程示意圖：其中A）TrpOx的結構和TF插入的位置，并顯示了TF和FAD之間的距離；B）為TrpOx從TF395位點通過Bodipy373接頭到碳納米管表面的連接示意圖；C）為S-Click反應的示意圖（S代表TF中的硫原子，Cl代表Bodipy373中的氯原子）。
　　圖3. 蛋白修飾HOPG電極的原子力顯微鏡圖像以及電化學循環(huán)伏安圖（CV）
　　圖4. 通過S-click定向偶聯(lián)制備的色氨酸氧化酶電極的時間電流曲線表征，以及在血液樣品及癌細胞培養(yǎng)體系中對色氨酸的實時原位動態(tài)檢測