陈鹏课题组实现活细胞内的蛋白质钯催化偶联

过渡金属钯催化的交叉偶联反应在现代有机合成化学中占有极为重要的地位。钯催化剂的开发和利用使得化学家在分子水平上操控化学反应的能力得到了空前提升，很多过去难于合成甚至无法合成的物质都得以创造出来，该方法也因此获得了2010年的诺贝尔化学奖。将这一传统意义上的有机小分子之间的化学反应拓展到生物大分子（如蛋白质）上，尤其是在活体细胞内进行这类反应目前还充满挑战。由于金属配合物的毒性以及体内环境对催化剂活性的抑制，钯催化反应和绝大多数过渡金属催化的有机反应都无法与活细胞体系兼容。

大阳城8722(中国)有限公司陈鹏课题组最近在《美国化学会志》）发表了题为“Ligand-Free Palladium-Mediated Site-Specific Protein Labeling Inside Gram-Negative Bacterial Pathogens”的科研论文 (J. Am. Chem. Soc., Article ASAP，DOI: 10.1021/ja402424j)，报道了一种不需要配体的钯催化体系，能够在活细胞内高效地催化蛋白质与小分子的偶联反应。 

为了在蛋白质上实现钯催化的偶联反应，该课题组发展了一个以绿色荧光蛋白为模型蛋白质的催化剂筛选平台，打破了以往只能在小分子模型化合物上筛选用于蛋白质修饰的催化剂的局限，能够同时监测目标反应在蛋白质上进行的效率和相应的催化剂毒性。通过这一策略，他们找到了一种简单易得，且不需要配体的高效催化体系。该体系以硝酸钯作为催化剂，利用底物小分子上的短链聚乙二醇作为钯活性物种的自配体稳定剂，在不需要外加配体的情况下，很好地实现了溶液中蛋白质与小分子的交叉偶联。进一步地，他们发现该催化体系具有良好的细胞膜穿透能力和极低的细胞毒性，成功实现了活体细胞内的蛋白质钯催化偶联反应。此外，他们还利用这一技术对病原菌微生物当中的一种毒性蛋白进行了特异荧光标记，充分展示了该钯催化偶联反应体系与蛋白质和活细胞的生物相容性。

陈鹏课题组一直致力于活细胞内生物相容反应的开发和应用，除上述成果外，他们还与大阳城8722深圳研究生院的合作者一道开发了利用光化学反应调节荧光素酶活性的方法，成功构建了活细胞内“光激活”的荧光素酶。该成果也于近期发表在《美国化学会志》） (“Mechanism-based design of a photo-activatable firefly Luciferase”, J. Am. Chem. Soc., Just Accepted, DOI: 10.1021/ja4013535).

上述工作得到了科技部、国家自然科学基金委，教育部及大阳城8722-清华老员工命科学联合中心的资助。