负电性氨基酸
南京大学龙亿涛教授团队在纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱研究进展
纳米孔道是一种自然界广泛存在的可运输离子、水分子和生物分子的纳米级孔道。生物纳米孔道可由天然的蛋白质构成。近年来，研究人员利用电场力将单个分子牵引至单个生物纳米孔道内，排开孔道内的部分离子，进而产生特征的离子流阻断信号反应了单分子的化学组成、质量、结构等信息，这便是纳米孔道单分子电化学的基本原理。纳米孔道内壁氨基酸残基、质子、离子及单个传输分子之间发生的协同弱相互作用还会引起限域空间内几十个离子的瞬态变化，其产生的极微小的离子流信号常常被掩盖在纳米孔道的电流噪声中，使得这些单分子特征信息无法获取。
龙亿涛教授团队多年聚焦于对电化学高精度测量仪器的研制，通过新的复杂信息提取方式，获取了纳米孔道离子流信号的瞬时频率，发展了单分子时频谱学分析技术，阐明了纳米孔道电流中低频域区频率特征值的物理化学特性，提出了单分子频率指纹图谱的数学模型，建立起孔道内离子指纹图谱的谱学分析方法，实现了对突变Aerolysin纳米孔道内离子相互作用网络特性的预测。
图1. 纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱分析方法 (A)纳米孔道单分子电化学测量原理图（左）；单个模型分子poly(dA)4通过Aerolysin纳米孔道产生的离子流特征信号（右上），及该信号被经验模态分解(EEMD)后获得的本征模态函数(IMF)；(B)经希尔伯特-黄瞬时频率分析变换后的单分子特征离子频率谱图；(C)低频域区下单分子特征离子频率谱图。
?研究团队将单个单个模型生物分子poly(dA)4穿过Aerolysin蛋白质孔道所获得的离子流电号经过经验模态分解(EMD)及希尔伯特谱分析(HAS)，获得了信号在整个测量频率相应范围内的单分子特征离子频率谱图，提取了特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)。通过研究不同pH、电解质浓度及类型、外加电压、温度等条件下的单分子特征频率指纹图谱变化，发现离子、单个传输分子、纳米孔道内壁氨基酸残基间的可逆平衡调节了质子、离子与纳米孔道的结合/解离过程，影响了离子流电信号的低频组分。进一步，研究团队总结了特征频率的物理化学特性，即fm反映了纳米孔道内离子与孔道内壁氨基酸残基间的解离速率，am描述了纳米孔道内壁氨基酸残基在限域相互作用网络下的结合离子数目。
图2. 特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)的影响因素研究 (A) pH；(B)离子强度；(C)离子种类；(D)实验温度；(E) 施加电压。揭示离子相互作用网络的峰值频率(上)和峰值振幅(下)。
图3. 单分子特征离子指纹图谱及预测研究 (A)系列238位点突变型AeL纳米孔道238（左）及特征峰值频率(fm)的相关性分析（右）；(B)特征峰值频率(fm)与突变氨基酸等电点，单分子阻断时间，突变氨基酸范德华体积间的非线性依赖关系；(C) 238位点突变型AeL纳米孔道的单分子特征离子指纹图谱预测模型。
为进一步验证单分子特征离子指纹图谱的普适性，研究人员构建了系列238位点突变型Aerolysin纳米孔道，改变了纳米孔道灵敏探测区域内氨基酸残基与单个生物分子的相互作用，归纳了氨基酸残基的化学特性对频率指纹特性的影响规律。实验结果显示，在无分析物存在于纳米孔道的情况下，特征峰值频率(fm)与体系电导相关；而在有单个分子通过纳米孔道的时候，特征峰值频率(fm)与突变位点氨基酸残基化学性质的相关性显著增加。进一步，利用多元回归分析建立了单分子频率指纹图谱经验模型，描述了离子指纹图谱特征fm和氨基酸残基电性、范德华体积、亲疏水性等物理化学特征间的关系，实现了对突变型纳米孔道离子指纹图谱频率特征的预测。该方法有助于精准探测纳米孔道单分子动态相互作用，实现纳米孔道单分子蛋白质测序。
?相关成果以“Single-Molecule Frequency Fingerprint for Ion Interaction Networks in a Confined Nanopore”为题(VIP Paper)，发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)文章链接：网页链接
该工作得到了国家自然科学重大科研仪器研制项目及优秀青年基金项目、南京大学化学和生物医药创新研究院的支持，南京大学化学专业博士研究生李欣怡为论文的第一作者，应佚伦教授和龙亿涛教授为论文的通讯作者。
来源：南京大学
卡松这种化学物质为什么能拥有跟芥子气相似的杀伤力？
这叫卡松，是一种异噻唑啉酮类的杀菌剂，它的化学性质跟芥子气很像。
芥子气很多人都听说过，当年日本在中国试验的化学武器。
但很多人可能知道的也就这么多而已了，至于芥子气到底是个什么样的可怕物质并不清楚。
芥子气作为一种化学武器，曾被称为第一次世界大战的战争之王，但这个战争之王并不是说它的杀伤力有多强，而是它到底有多可怕。
可能你会说，难道它的可怕不就相当于它的杀伤力了吗？
实际上，芥子气可以说得上是第一次世界大战中使用的所有化学武器中杀伤力最弱的一种了，因为中了芥子气的人的死亡率仅有5%而已。
可其实芥子气真正的可怕之处就在于它可以让敌军丧失行动的能力，但这种丧失行动能力的理解并不是说会使敌军昏迷或者说是使他们变得浑身无力，而是因为如果他们的皮肤暴露在了充满芥子气的空气中的话，那么他们的皮肤就会像被高温灼伤一样，一两个小时之内，皮肤就会长水泡。
有过这种被灼伤而长水泡的经历的人应该都知道会有多痛苦吧。
想象一下，长了水泡的皮肤迟早是要破的吧，而当浑身的水泡都在破的时候，这也就相当于说人体对于外来微生物的第一道防线已经没有了，然后各种感染的问题也就容易发生了。
但惨不忍睹的皮肤溃烂不过只是它可怕的一个方面而已，而假如说人要吸入了体内呢？这才是最可怕的，甚至可以说是最致命的。
况且这东西在很低的浓度的情况下也照样可以引起皮肤的强烈反应，也就是说，即便是低浓度的芥子气也能轻易地灼烧皮肤。
那为什么芥子气可以灼烧皮肤呢？
芥子气的本身其实并不是一种气体，而是一种油性的有机液体，它的化学式是这个：
因为芥子气分子中的硫原子有两对未共用电子对，并在氯原子的诱导效应下，硫原子上的未共用电子会沿着氯原子诱导效应的方向移动，促使氯原子分离，所以在水或细胞液等极性溶液中，芥子气会发生解离，然后内部的电子重新排列，形成正硫离子。
而正硫离子本身具有很强的亲电性，极易跟氨基酸，核酸这样的生物分子中的亲核性原子，比如说S、N、O等起烃化反应，最终以共价键结合成不可逆的烃化产物。
简单一点地说，其实也就是芥子气会跟生物大分子反应，然后使得这些大分子失去活性的同时，还会变得面目全非，情况就跟皮肤被灼伤了，然后起水泡一样。
反正就是只要与芥子气接触到的生物分子都会被它破坏掉，而卡松也具有这样的破坏力。
卡松的本身是一种杂环结构的有机物，这个杂环中 N-S 键的部位是一个活性基团，这个活性基团有点类似于芥子气中的正硫离子，它可以跟生物大分子中的蛋白质或者DNA反应，结果就跟芥子气一样，只要是与它接触到的生物大分子都会被它破坏，并形成看似被灼伤过的模样。
而卡松之所以被用作杀菌剂的原理其实也就在这里了，因为它可以从构建出生命特征的蛋白质物质层面上进行破坏，这种破坏有点类似于对微生物进行的降维打击，根本不存在抗药性的可能。
因为卡松的本身被用作一种工业杀菌剂，它不止会用到污水，造纸，纺织等领域，而且还会用到化妆品上，所以有些人涂了某些化妆品后发现皮肤变红变肿的情况，说不定那可能就是因为里面添加了浓度过高的卡松而导致的。
卡松这种化学物质为什么能拥有跟芥子气相似的杀伤力？
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