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作者与机构
本文由马晓川和费浩撰写，作者来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所。文章发表于《Progress in Chemistry》期刊，2016年第28卷第2/3期。

主题与背景
本文的主题是金属配位在多肽与蛋白质研究中的应用。金属元素在天然蛋白质分子中普遍存在，并发挥着关键作用。随着对金属与氨基酸配位方式的深入理解，研究人员能够设计新型的金属-多肽配位模式，这些模式在多肽结构功能优化、分子组装、标记与成像以及药物设计等领域具有广泛的应用前景。本文旨在回顾金属配位在多肽与蛋白质研究中的主要应用，并展望其未来发展方向。

主要观点与论据

1. 金属配位在多肽与蛋白质中的基本作用
金属元素在天然生物分子中扮演着不可或缺的角色。例如，已知结构的蛋白质分子中，约有一半含有一个或多个金属元素。这些金属通过与肽链中的咪唑基、巯基、羧基、氨基等基团形成稳定的配位结构，在光合作用、酶催化反应、DNA复制、RNA转录、蛋白质翻译等生物学过程中起着关键作用。随着研究的深入，人们对铁、铜、锰、锌、钙、镁等常见金属元素，以及镍、钒、铂、金、铱等较少见金属元素与蛋白质多肽分子之间作用机理的了解不断加深。这些认识推动了新型金属配位化合物的人工设计与合成，并用于蛋白质和多肽的功能研究。

2. 多肽序列中的配位化合物结合位点
多肽链中的羧基、咪唑基团、巯基等基团最易参与配位反应。通过蛋白质数据库（Protein Data Bank, PDB）分析发现，谷氨酸（Glu）和天冬氨酸（Asp）的羧基、组氨酸（His）的咪唑基团以及半胱氨酸（Cys）的巯基在生物系统中参与金属离子配位的频率最高。配位反应中金属离子的选择偏好遵循软硬酸碱理论。例如，巯基属于软碱，因此当结合位点为Cys时，Cu(II)、Hg(II)、Cd(II)等软酸金属离子参与配位的能力更强。而对于含有硬碱羧基的Asp/Glu而言，硬酸金属离子Mn(II)、Mg(II)、Ca(II)可以提供更强的配位能力。

3. 金属配位对多肽结构的影响
金属配位可以有效改善多肽的结构柔性，使其获得稳定的构象，提高抗酶解能力和识别受体的选择性。通过在多肽特定位点引入特殊氨基酸残基，可以为配位化合物的绑定提供位点，从而限制多肽的二级结构，使其维持稳定的、具有更好生物活性的特殊结构。例如，利用金属铼（Rhenium, Re）和锝（Technetium, Tc）配位化合物与半胱氨酸配位，研究人员成功使α促黑激素肽（α-MSH）形成稳定的环状结构，有效提升了其靶向功能。

4. 基于配位作用的多肽荧光标记在生物学中的应用
一些配位化合物与氨基酸残基发生配位后，配位产物可产生荧光信号。这类基于配位模式的多肽荧光标记方法具有低背景、特异性高、反应效率高等优势。例如，钱永健等利用脂溶性As(III)配位化合物与蛋白质邻近位点的4个线性排列的半胱氨酸配位后产生的荧光信号，实现了活细胞内的蛋白定点标记。此外，过渡金属铱（III）配合物也可以通过与多肽特殊位点的组氨酸配位，产生绿色磷光，用于活细胞成像。

5. 展望
不同的配位化合物与多肽的结合具有各自特殊的氨基酸偏好，这种选择性使得我们可以根据不同的需求和情况设计多肽序列，让配位发生在我们预期的位点，从而用于限制多肽的二级结构，驱动多肽的折叠，优化其生物活性等。尽管已有大量研究揭示了各种氨基酸与不同金属离子之间的配位模型，但将这些相互作用深入应用到生物学中的成功案例仍然有限。本文介绍的两类具有代表性的带有荧/磷光的配位模式，其配位反应机理明确，选择性强，尤其是配位产物所产生的荧/磷光信号，为多肽标记和结构优化提供了新的思路。

意义与价值
本文综述了金属配位在多肽与蛋白质研究中的主要应用，并展望了其未来发展方向。通过回顾金属配位在多肽结构调控、超分子组装、荧光标记与示踪、蛋白质折叠分析等领域的应用，本文为金属-多肽类分子探针或药物的设计优化提供了理论支持。本文不仅总结了现有研究成果，还提出了未来研究的方向，具有重要的学术价值和实际应用意义。