1. Science：从头设计构象随pH变化的蛋白质

在蛋白质设计方面，目前已成功找到对应于稳定目标结构的折叠序列。然而，就蛋白质的功能而言，往往需要涉及构象动力学。有鉴于此，华盛顿大学David Baker团队从头设计了构象随pH变化的蛋白质。具体而言，他们设计了螺旋寡聚体，其中组氨酸位于界面上的氢键网络中，网络周围有疏水层。降低pH值会使组氨酸质子化，进一步破坏螺旋寡聚体。实验结果显示，经胞吞作用进入细胞内低pH区域后，所设计的蛋白质破坏了内吞体膜。

图：pH响应的螺旋寡聚体的设计。

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：电子衍射确定药物纳米晶体中的分子绝对构型

确定有机分子的绝对构型对于药物开发和随后的批准过程至关重要。捷克科学院物理学院Petr Brázda团队通过电子衍射可以对纳米晶材料进行这种测定。 迄今为止，通过电子衍射进行的从头算结构测定仅限于在每平方埃或更大的一个电子剂量后保持其结晶度的化合物。研究人员提出了索非布韦（sofosbuvir）和l-脯氨酸的药物共晶的完整结构分析，其稳定性约为一个数量级。晶体多个位置的数据采集和高级强度提取程序使我们能够从头开始解决结构问题。进一步研究表明，动态衍射效应足够强，可以明确地确定由光散射体组成的材料的绝对结构。

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：构象灵活的葡萄糖单体使合成最小的环糊精成为可能

环糊精(CDs)是α-1,4-D-吡喃葡萄糖苷的环状低聚物，其中六聚体至八聚体较为常见。CDs的中空腔可以保留小分子，从而实现不同的应用。最小的环糊精CD3和CD4的环尺寸太小，无法形成最稳定的吡喃葡萄糖构象，也尚未成功合成。有鉴于此，日本关西学院大学Hidetoshi Yamada课题组提出了化学合成CD3和CD4的方法。合成成功的主要因素是创造了一个平伏型（equatorial）和直立型（axial）构象相互平衡的吡喃葡萄糖环。这种构象灵活性归因于在葡萄糖的O-3和O-6之间引入的桥环，它使合成环状三聚体和四聚体时产生所需构象。

图1：CDs和关键成分的结构使得合成CD3和CD4成为可能。

图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：加氢烯基化实现C(sp³)–C(sp²)键的断裂

植物能产生大量结构复杂的萜类化合物，这类物质是药物和其他精细化学品的有用前体。然而，这些化合物的碳骨架结构限制了其多样化应用。加州大学洛杉矶分校Ohyun Kwon团队证明，通过臭氧、铁氧化剂和氢原子供体的连续处理，可以清洁地从萜类物质和相关化合物中分离出侧链烯烃。这种方法通过打破饱和碳中心和双键碳中心之间的成键，在现有廉价前体基础上，直接获得了理想的手性中间体。

图：加氢烯基化断裂C(sp³)–C(sp²)键：概念和应用。

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：颗粒状甲烷单加氧酶——只存在单核Cu活性中心

甲烷是一种重要的燃料，但很少有反应能将其直接转化为部分氧化产物。细菌利用金属酶催化甲烷氧化成甲醇的反应则具有工业价值。了解这种反应的金属位点可能会激发新的仿生催化剂。美国西北大学Amy C. Rosenzweig和Brian M. Hoffman团队利用光谱测试手段，在颗粒状甲烷单加氧酶中确定了两个单铜活性位点。这些结果在一定程度上不同于以往关于金属位点位置和核数的研究结果，并将促使人们重新思考这种金属酶如何催化甲烷氧化。

图：电子-核双共振（ENDOR）表征 Cu_B(II)/Cu_C(II)与¹⁵N连接。

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：利用磁性单分子传感器探测和成像自旋相互作用

通过在探针尖端吸附CO等分子，可以大幅提高扫描探针显微技术的分辨率。加州大学尔湾分校Ruqian Wu和W. Ho团队证明，这种方法可以用来扫描表面分子的自旋属性和磁性质。研究者首先将磁性分子[双(环戊二烯)镍(II)]吸附在银表面，然后将其中一个分子转移到扫描隧道显微镜的探针尖端。随后，研究者把尖端朝向被吸附物覆盖的表面，并绘制出超交换作用的强度。

图：自旋-交换作用的强度成像。

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综述：利用有源超表面的时空光控

在探索如何操纵光的过程中，光学超表面开辟了一个全新的领域。光学超表面可以局部地改变传播波的振幅、相位和偏振。到目前为止，这些超表面大多是无源的，光学性质在很大程度上取决于制造过程。斯坦福大学Mark L. Brongersma团队回顾了时变超表面的最新研究进展，并探讨了增加动态控制对于有源控制光传播的作用。 

图：可通过时空超表面实现的光学现象。

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.：具有多响应驱动的各向异性、修复水凝胶

由于在外部刺激下具有独特的形状转换和自我修复功能，受智能生物组织的启发，人造肌肉状执行器具有迷人的前景。然而，由于缺乏制造具有各向异性响应性的巧妙柔软材料的简单和通用路线，进一步的实际应用受到阻碍。合肥工业大学从怀萍和中科大俞书宏团队设计了用于制造各向异性水凝胶的普适性的原位聚合策略。该各向异性水凝胶由通过金属纳米结构组件交联的高度有序的层状网络组成，并具有在机械、光学、去溶胀和溶胀行为上的显着各向异性性能。由于动态硫醇-金属配合作为愈合基序，复合材料在NIR辐照和低pH条件下表现出快速和有效的多响应自愈合性能。取决于明确定义的各向异性结构，水凝胶呈现可控的溶剂响应机械致动性能。

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.：将氯尼达明递送至线粒体可抑制肺肿瘤的发生和脑转移

肺癌通常预后较差，而其向脑的转移是造成最后死亡的主要原因。威斯康星医学院尤明教授团队将效力有限的抗糖酵解药物氯尼达明(LND)改造为可靶向线粒体的Mito-LND，其效力相对于改造前提高了100倍。Mito-LND是一种肿瘤选择性氧化磷酸化抑制剂，可降低肺癌细胞的线粒体生物能，在小鼠肺癌异种模型上抑制肺癌细胞的活力、生长、发展和转移。Mito-LND可以通过抑制线粒体生物能来刺激活性氧的形成，并使得AKT/mTOR/p70S6K信号失活进而诱导肺癌细胞自噬性死亡，最终阻断肺肿瘤的发展和脑转移。并且，Mito-LND对小鼠没有毒性，即使给予50倍有效抗癌剂量的药物后8周也没有明显的毒性症状发生。这一研究表明，线粒体靶向的LND将为缓解肺癌发展和脑转移提供新的治疗策略。

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：直接跟踪全固态锂硫电池中多硫化物的穿梭和界面演变：失效机理研究

凭借极高的能量密度和高安全性，全固态锂硫（ASSLS）电池已成为有前景的下一代储能系统。直接跟踪ASSLS电池中固-固界面的结构演变对于深入理解反应机理以进一步改善电化学性能具有重要意义。中科院化学所文锐课题组通过实时光学显微镜（OM）成像现场监测ASSLS电池工作中的阴极/电解质和阳极/电解质界面的演变过程。在放电/充电时直接捕获聚合物-陶瓷复合电解质中从亮白色到深棕色的不可逆转变，表明是固态电解质中多硫化物的穿梭过程。此外，温度依赖性的原位可视化表明，温度极大地影响多硫化物穿梭、固态电解质的不可逆体积变化和Li金属的体积膨胀，这与电池性能的衰退直接相关。

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