偶氮苯光開關在生物大分子中的應用

摘要：在相應結合策略的驅動下，偶氮苯以光開關分子的形式在各類生物大分子中得到了深度應用，特別是在多肽與蛋白質的結構與活性變化、核酸調控，以及脂類、多糖復合物的研究上具有獨特價值.從近年來所報道的偶氮苯光開關設計出發對其在生物大分子中的應用做了分類綜述，總結了偶氮苯光開關當前的發展現狀.

關鍵詞：偶氮苯光開關；光致異構化；生物大分子；蛋白質；核酸

中圖分類號：O625.65文獻標志碼：A

0引言

蛋白質［1］、核酸［2］、脂類［3］和多糖［4］大分子因其重要的生理功能在較大程度上決定了生物個體的生理活動，但是由于結構和作用過程的復雜性，針對此類物質的研究長期以來需要借助多種化學修飾工具.偶氮苯光開關新穎的作用形式和化學性質使其在各類生物大分子中的應用價值不斷顯現.與基因編輯技術相比，偶氮苯光開關具有更好的生物相容性與可逆性［5］，能夠較好地避免因剛性介入所造成的如脫靶效應等不良后果［6-7］，同時比部分特異性化學制劑有更佳的時空精度及代謝穩定性［8］.

目前偶氮苯光開關在蛋白質的各級結構與功能活性調整［9-10］、核酸高效調控及DNA納米器件組裝［11］、脂類膜層性能調節和多糖復合物研究［12-13］等領域均有大量應用，本文就此進行了綜述.

1偶氮苯光開關的設計改進

偶氮苯的順反異構化機制實際上是N=N鍵角的空間翻轉或C-N鍵角的協同翻轉導致的［14-15］，整個過程是一個既可以從基態到激發態也可以從激發態弛豫到基態的可逆反應.目前化學家們已合成了含單偶氮、雙偶氮甚至三偶氮基團的多種偶氮苯化合物［16-17］，不同的偶氮基團數目對偶氮苯的光致異構化特性均有不同的影響［18-19］.此外，通過許多新型偶氮苯光開關的合成報道可知，偶氮苯苯環上的鄰位、間位和對位取代基，以及基團性質等也會對偶氮苯的光致異構化效果產生較大影響.

由于偶氮苯光開關與生物大分子作用環境的特殊性，因此有以下幾點需要考慮：1）偶氮苯光開關的設計需要考慮與不同生物大分子之間恰當的結合方式，不同連接方式或者結合位點不僅影響生物大分子原本的活性或結構，而且影響調控效率；2）偶氮苯分子的熱弛豫過程時間相對較長，對光開關的復位速率影響較大，因此新設計的偶氮苯光開關需要提高異構體弛豫還原效率；3）必須要考慮到偶氮苯異構化進行時所使用的光在生物體內的毒害性，一般偶氮苯的高效異構化依賴于存在生物危害的紫外光波段，因此設計光開關需要考慮適當紅移；4）生物大分子環境的復雜性對光開關分子的穩定性提出了較高的要求，同時光開光需具備良好的可逆性.

1.1響應波段的改進

據現有的報道，大多數偶氮苯光開關可在紫外光區（10～400 nm）進行反式到順式的異構化［20-21］，但從生物角度考慮，紫外光會對生物分子產生難以可逆的損傷［22］，因此在偶氮苯光開關的設計合成工作中，如何在可見光區（400～760 nm）或低光毒性條件下完成異構體高效轉換顯得尤為重要.

研究表明，偶氮苯苯環上的取代基會強烈影響其在光譜吸收帶的位置.例如，Samanta等［23］研究發現，多種鄰位取代基的加入可使偶氮苯化合物在紅光環境下進行異構化，特別是鄰位氯取代的偶氮苯光開關賦予了谷胱甘肽還原穩定性.Wu等［24］通過鄰位取代的甲氧基改進偶氮苯二馬來酰亞胺（ABDM），合成了一種新型偶氮苯光開關（toM-ABDM），該化合物可在617 nm的紅光照射下改變與其交聯肽段的各二級結構比例.Konrad等［25］則系統地展示了氯、氟在鄰位、對位不同取代形式下所導致的偶氮苯光致異構化差異，該團隊設計了一種相比于具有4個鄰位氯取代基偶氮苯更靈活的鄰二氟鄰二氯偶氮苯，前者在脂類和蛋白質光調控中有較多的應用報道，后者在繼承了由2個鄰位氯取代基獲得的可紅光響應的性能上，又憑鄰二氟取代基獲得了綠光及黃光響應能力，具有多光譜譜段的適應能力.

1.2異構化端到端變幅的改進

偶氮苯分子異構化后的空間構象變化幅度能在一定程度上反映其作用效能.對此，相關研究多以端到端距離來評價偶氮苯分子在異構化前后的形態變化.若端到端距離的變化程度過小，則可能無法達到調控生物大分子結構的目的.例如，與偶氮苯光開關交聯的肽段中，α-螺旋節距等于或大于這一距離時，高效調控將難以進行.所以，適當地增加端到端距離的變化是偶氮苯光開關的設計與合成工作中的重要一環.

基于偶氮苯光致異構化只有N=N鍵角和C-N鍵角在協同變化的原理，且異構化并不會破壞分子兩端苯環的整體性，因此，許多科學家通過增加基團的方式以達到對端到端距離變化幅度增加的目的.如Samanta等［26-27］合成的具有對位氯乙酰胺取代基的雙偶氮苯基團衍生物（BPDBS），最大可產生23 的端到端距離.為了追求幅度更大、控制更靈活的端到端的距離變化，該團隊繼續合成了在中間具有氮孤對電子作為分隔單元的雙偶氮苯衍生物，雙偶氮苯的順反異構體交錯轉換，可實現端到端距離9.1 、21.3 和最大32.8 的3檔變化.偶氮苯不同異構體之間較大的構象變化在錨定長距離的氨基酸位點，爭取更大的復合物結構改變時具備潛在優勢，對于環肽及多聚體蛋白的調控較為重要.

2應用于多肽片段及蛋白質活性調控

光具有易取易用、非強刺激與無殘留等優點，在生物體內的應用有較大的潛在價值；另外，苯環上取代基具有高度靈活性與可控性［28］，共同促使偶氮苯光開關成為一種調控蛋白質分子理想的化學修飾手段.

2.1對肽鏈螺旋結構的光調控

偶氮苯光開關在蛋白質中的相當一部分應用是圍繞肽來展開的.Nuti等［29］曾提出，當偶氮苯引入肽鏈后，在光線輻照下進行順反異構化的這個過程實際上會在鏈中產生結構上的應變或松弛，進而誘導肽鏈的折疊或解折疊.其中，α-螺旋、β-折疊、β-轉角與無序卷曲等作為二級結構的主要形式，作用很大，特別是在對蛋白質整體結構的支撐及其功能實現方面作用突出［30］，故成為偶氮苯光開關調控的重要對象.

2019年，Jankovic等［31］使用等溫滴定量熱法、圓二色譜法與熒光猝滅法3種互補的實驗手段，通過表征RNase-S肽復合物（見圖1（A））的解離性質，交叉驗證了通過偶氮苯光開關 （BSBCA）對S-肽中α-螺旋進行調控的可行性，即偶氮苯基團的不同異構體將影響螺旋的動態變化.該團隊選取了數個不同的結合位點對比BSBCA對螺旋含量的調控效率，還考察了偶氮苯光開關兩端結合距離對于光控效率的影響.在1組名為S-pep（6，13）的含偶氮苯光開關對照組中，在圓二色譜中觀測到了順式異構體（70±20）μM的解離常數kd值.當S-pep（6，13）在偶氮苯為反式異構體時，kd值卻未顯示，這代表已經完全解離，前后呈現較大落差.對此，該團隊認為原因有2個，首先，S-pep（6，13）中偶氮苯兩側結合點較適宜的距離（i，i+7）有助于異構體構象變化的傳導；其次，該片段肽本身的性質所致，即在n端呈現α-螺旋形式，而在c端則是無序卷曲狀態，結合段內總體螺旋含量較少，因此異構化效率較高.在總的結果上，除了S-pep（6，15）由于其核心區域的部分殘基具有強穩定性及其（i，i+9）稍長的結合位點間距對異構化效果的“抵消”，其他所有組別都觀察到了由偶氮苯光開關異構化所致的α-螺旋含量下降（見圖1（B））.在該團隊最新的一項報道里［32］，使用了可見近紅外瞬態吸收光譜來深化對于偶氮苯光開關光致異構化誘導的RNase-S肽復合物在納米時間尺度下的解離見解（見圖1（C）），加以分子動力學模擬計算發現，當偶氮苯光開關處于順式狀態時，復合物中的肽部分主要通過α-螺旋的形式與蛋白進行特異性結合.在紅光照射下，BSBCA的異構化僅需100 ps不到，這使與其共價連接的肽鏈中的螺旋在20 ns內即完成展開，肽段在300 μs內實現與蛋白質的解離，因此在之前的圓二色譜中未顯示出反式異構體形式下二者的解離常數.對這一迅速的過程可概括為紅光照射下偶氮苯光開關的異構化引起肽鏈中α-螺旋的減少，螺旋的減少促使復合物內肽的解離.另外，該團隊提出了一個看法，肽段的解離和蛋白質的結構反應機制可以分別歸為誘導擬合和構象選擇［33］.這項報道在確認了偶氮苯光異構化將改變蛋白質二級結構含量的基礎上，還說明了在進行偶氮苯光開關在與生物大分子較為復雜的相互作用研究時，復合物結構分析中高精度時間依賴性的檢查尤為重要.

Bozovic等［34］將來自PSD-95蛋白PDZ3結構域具有變構活性的α-螺旋與偶氮苯基團共價連接，獲得了可逆光控的PDZ3變體，440 nm的光線輻照誘導了偶氮苯的順反異構體構象變化，使α-螺旋結構被破壞，導致肽與配體的結合強度下降.該團隊利用時間分辨紅外光譜技術探究了由PDZ3光開關變體所表達的變構信號，偶氮苯不僅作為α-螺旋結構變動的觸發開關，同時也充當了光開關異構體轉換和螺旋結構之間變構信號傳導速度的觀測導體.

2020年，Lee等［35］以構象變幅為側重點將偶氮苯異構化對于螺旋結構的影響進行了量化研究.該團隊將偶氮苯化合物與細胞凋亡肽KLA結合，如圖2所示.偶氮苯光開關的異構化誘導了肽的構象轉變，偶氮苯在兩端交聯的KLA-15-Azo（見圖2（A）），其螺旋度由原始KLA肽的49%降低至39%，而偶氮苯與中間位置的氨基酸序列交聯的KL-4-Azo （見圖2（B））的螺旋度則降低至24%，降幅達25%.在經過紫外照射后，偶氮苯由反式異構體轉換至順式異構體，KLA-4-Azo肽的螺旋含量恢復至39%，KLA-15-Azo肽未見變化.這是由于偶氮苯光開關的反式異構體具有9.9 這一較長的端到端距離，比5.4 的螺圈間距更長，而順式異構體端到端的距離與螺距相近，僅為5.5 .由此可見，不僅會因偶氮苯光開關的不同異構體導致螺旋含量變化，而且還會因為交聯區段的差別造成螺旋含量變幅的不同.

2.2對折疊結構構象性能的光調控

根據熱力學與分子動力學原理，蛋白質在分子伴侶的輔助下，需要快速精確地卷曲成特定的三維結構才能實現預定的生理功能，這種過程稱之為蛋白質折疊［36］.但蛋白質的錯誤折疊，以及由此導致的纖維狀凝聚團簇會對神經系統和部分器官產生嚴重不良影響，導致如阿爾茲海默癥（AD）等惡性疾病的產生［37］.當前關于AD的發病原因暫無定論，但是對AD病理探究的其中一個可能性答案指向了一種β-淀粉樣蛋白（Aβ）［38］，由Aβ內部錯誤折疊形成的寡聚物會導致神經元的退行性病變，進而引發一系列病理事件，特別是其中一種致病性較高的亞型Aβ42肽［39］.Doran等［40］合成了一種可光響應的偶氮苯衍生物（AMPP）（見圖3（A））作為β-發夾的模擬物引入到了Aβ42內假定的一個翻轉區域中，以調控Aβ42自組裝成高毒性寡聚物的過程.通過與β-折疊具有結合性的硫磺素-T熒光強度分析，觀察到了AMPP對硫磺素-T的明顯熒光猝滅，這表明了含AMPP的復合物具有良好的結合性.從分子調控的角度出發，通過對含AMPP的β-發夾模擬物分別進行紫外與可見光照射，得到反式異構體的硫磺素-T熒光強度超過順式異構體的10倍，這是由于AMPP順式異構體有效限制β-折疊過量聚集所得到的結果，而高毒性的Aβ寡聚物正是通過β-折疊聚集而成［41］.總而言之，即偶氮苯光開關AMPP的順式異構體可有效限制高致病性的Aβ寡聚物生成.該研究首次將偶氮苯光開關作為生物分子的模擬物骨架引入至有復雜組裝過程、高致病性特征的大分子中，成功證明了偶氮苯光開關AMPP的光致異構化可用于干涉Aβ42聚集成核的過程.此后該團隊進一步地闡釋了AMPP的2種異構體在Aβ錯誤折疊中的影響與作用，有效推進了從Aβ角度展開對AD病因的研究.

Hoppmann等［42］設計合成了一種名為F-PSCaa的偶氮苯衍生物光開關，通過UAA編碼氨基酸將其整合到蛋白質中.F-PSCaa包含1個有點擊反應的巰基官能團，可以選擇性地與適當定位的半胱氨酸反應.在使用鈣調蛋白CaM作為模型蛋白的實驗中［43］，F-PSCaa的光致異構化導致了CaM在圓二色光譜208 nm處的n-π*過渡帶吸收強度的明顯變化，208 nm正是β-轉角的圓二色光譜特征區間，這表明F-PSCaa光開關可誘導鈣調蛋白中折疊結構含量的改變.

2.3對蛋白質與酶功能活性的光調控

2021年，Hofmann等［44］報道了含偶氮苯的姜黃素生物類似物的合成，并通過分子動力學模擬表明了該偶氮苯衍生物能夠與Aβ42生成不同折疊形式的疏水簇.在基于大腸桿菌進行的體外抑制實驗中，采用Th-S染料作為評價標準，發現新合成的一類偶氮衍生物在抵抗Aβ42蛋白的聚集活性中顯示出了較佳效果（見表1）；并同時評價了該偶氮苯光開關對于tau蛋白活性的調控能力，該蛋白質在中樞神經系統神經元中含量豐富，對保持微管蛋白活性有重要作用［45］.

Ishikawa等［46］以驅動有絲分裂的Eg5蛋白為對象，通過合成的一種偶氮苯衍生物（ACTAB）作為靶向藥物（STLC）的類似物來對Eg5進行化學修飾（見圖3（B））.ACTAB的光致異構化導致了STLC中的三苯甲基和半胱氨酸之間相對位置的變化，此構象變化會影響ACTAB與結合口袋中氨基酸的結合，從而對Eg5的功能活性進行可逆光調控.結果表明，ACTAB不同異構體對抑制Eg5的IC50值差異顯著，反式異構體的IC50值僅為順式異構體的49.1%，25 mmol/L濃度下的反式ACTAB比同濃度下的順式異構體的抑制效率高60%.另外，ACTAB的異構化不依賴于紫外環境，有利于在生物體內展開應用.偶氮苯光開關對于蛋白質及酶的活性調控，除了通過交聯配體改變構象的方式，還有通過對活性位點進行競爭性結合改變活性的方式.

Aggarwal等［47］以主動、可逆調控碳酸酐酶活性為目的，設計合成了一種具有2個鄰位甲氧基取代基的偶氮苯磺酰胺光開關探針CAP2.在CAP2與碳酸酐酶結合活性競爭實驗中，CAP2反式異構體的加入取代了處于碳酸酐酶活性位點的單酰胺，抑制了酶活性.當使用410 nm光線照射后，CAP2由反式異構體轉換為順式異構體，復合物在470 nm處的吸收峰增加，這說明了此時單酰胺重新進入了碳酸酐酶活性位點，活性恢復.證明了CAP2光開關可以在碳酸酐酶環境下實現異構化，并且在后續的快速重復實驗中驗證了該光調控的可逆性.對于此結果，主要是碳酸酐酶的形態是由1條彎曲的蛋白質半環包圍1個Zn2+，而CAP2反式異構體呈現順直的線型裝，與碳酸酐酶的活性區域契合并與Zn2+相互作用，填塞了蛋白質環狀鏈中間的疏水腔.當偶氮苯探針轉換成反式異構體之后，結構產生扭轉，CAP2被排斥，酶活性得以恢復.Seidel等［48］以偶氮苯三甲基溴化銨azoTAB為可光響應的表面活性劑，研究了其對黑曲霉β-葡萄糖苷酶活性的影響.相較于葡萄糖苷酶的天然活性，經紫外光照射的azoTAB誘導了β-葡萄糖苷酶從二聚體向球形度更高、更加活潑的單體轉變，觸發了近55%的活性提升，而常規的表面活性劑如鼠李糖脂等在同濃度下僅有20%的活性提升.azoTAB作為一種表面活性劑類型的偶氮苯光開關還在脂類中有許多運用.

3核酸中的偶氮苯光開關

3.1與RNA的結合

在類型眾多的RNA中，小干擾RNA（siRNA）是一種可用于誘導基因沉默的RNA種類，常被用于生物醫藥的開發.Hammill等 ［49］發現，在siRNA有義鏈中心區域引入具有芳香鍵的聯苯作為間隔可增強基因沉默效應，基于此，采用鋅粉還原法合成了一類含磷酰胺的偶氮苯光開關Az-spacer.該光開關通過取代siRNA正義鏈上的2個核苷酸嵌入在siRNA的不同位置形成復合體siRNAzos.在紫外光照射下，siRNAzos中的反式異構體含量最多可下降73%，經過5 min持續照射，順式異構體成為優勢構象.在siRNA正義鏈中間部位結合的偶氮苯光開關在Hela細胞環境下最多可誘導螢火蟲熒光素酶基因表達降低超過80%，并保持近12 h的持續效能.2020年，Hammill等［50］繼續對這一研究進行了改進，以進一步增強siRNAzos的基因表達沉默效應.由于在細胞培養過程中，siRNA與偶氮苯光開關結合形成RNA誘導沉默復合物（RISC）并不完全，故在Hela細胞中的轉染完成后需通過多次低強度的紫外光照射將siRNAzos在培養環節“滅活”，以確保形成最大比例的順式異構體，減少游離siRNA加載到已經成型的RISC中的情況.該研究使得siRNAzos在1個順反異構化轉換周期內對于目標基因表達抑制的有效期從12 h延長到24 h.另外，具有4個鄰位氯取代基的可紅光響應偶氮苯的加入有效地提高了siRNAzos的生物組織的相容性［51］.以上一系列關于siRNAzos的研究說明了偶氮苯光開關作為一種光化學修飾手段在RNA中具有廣闊的應用前景，特別是在結構調控、基因表達控制等方面，可為RNA核酸藥物的開發奠定基礎.

但偶氮苯本身與RNA之間的結合性似乎并不理想，因此依賴于第三方基團的加入來增強二者的結合性能.除了上述提到的磷酰胺，Mondal等［52］通過在苯環兩側的對位拼接β-脫氧核糖鍵來使偶氮苯與RNA主鏈進行共價結合，得到了2種結構相異的復合物.Lotz等［53］合成了通過氯霉素修飾的偶氮苯光開關（AzoCm），氯霉素為偶氮苯與RNA之間提供良好的特異性識別，增強了二者的相互作用.

3.2在DNA結構與納米器件中的應用

與RNA相似，DNA同為一類極為重要的生物大分子，并且擁有突出的結構特征，是偶氮苯化合物良好的作用對象.例如，Moghaddam等［54］使用量子力學和分子力學模擬的方法發現了具有對位取代模式的偶氮苯化合物可以導致G-四鏈體中DNA結構堆疊.Barbosa等［55］通過分子動力學模擬的方法闡述了偶氮苯光開關在異構化過程中對于DNA局部結構穩定性的影響，以及多重偶氮苯光開關在異構化時對于DNA去雜交過程所表現的協同效應.

由于DNA分子具有較理想的生物識別特性，因此常被設計成用于生物信號傳導與藥物遞送的微納米器件［56］，偶氮苯光開關的加入，能提升這類有特定規則的納米組件的可控性與可逆性能［57-58］.kugor等［59］將2種不同的偶氮苯光開關引入單鏈DNA（ssDNA），從DNA納米結構的機械運動角度報道了首個可憑光線自主控制、非隨機性、可在一維路徑上雙向移動的DNA-Walker （見圖4（A））.憑借2種不同的偶氮苯衍生物在各自特定光線下進行的順反異構化來控制交聯DNA鏈的置換反應，DNA鏈中的競爭配體在光開關部分的作用下隨著不同的異構化狀態發生強弱交替（見圖4（B）），通過這種動態的相互作用可以實現DNA-Walker分子受控的線性運動.DNA-Walker在基因檢測與信號傳導等領域頗具前景［60-61］，高運動維度的DNA-Walker還可用于病原菌的快速檢測等［62］.Zhang等［63］同樣通過偶氮苯將DNA鏈功能化，不同之處在于引入了一種上轉換發光納米材料（UCNP）作為載體，與偶氮苯結合的DNA鏈作為UCNP外層環繞結構（見圖4（C）），在組成的形態上更近似于泵類結構（見圖4（D））.近紅外光的輻照經泵的“軸心”UCNP轉換發出紫外光，導致偶氮苯外層的集體異構化轉變，此類的泵狀結構，在包載小分子藥物后可經偶氮苯光開關的異構化實現較高的釋放率.

4其他生物大分子中的偶氮苯光開關

除蛋白質與核酸外，脂類和多糖亦同屬于生物大分子范疇［64］.磷脂酰膽堿是一種廣泛存在于生物質膜中的脂類，對維持腦細胞活性、調節血脂等具有重要作用.Urban等 ［65］研究了與偶氮苯光開關結合的磷脂酰膽堿對于雙層分子膜性能的影響.通過光脫色熒光恢復技術發現，當偶氮苯光開關處于順式異構體時，膜層擴散系數接近反式異構體的160%；當偶氮苯轉換為反式異構體時，擴散系數則會立馬回落，說明了偶氮苯的光致異構化可改變膜的滲透性.這是由于順式異構體中氮原子上的孤對電子具有較大的偶極矩，使偶氮苯光開關接近磷脂極性頭基，翻轉的順式結構將分化膜表面的致密性；而反式異構體則因為強疏水性縱置于雙層分子膜中間，膜的結構未被擾動［66］.Pernpeintner等［67］發現了偶氮苯光開關的異構化可影響磷脂膜的厚度和剛度，使由磷脂膜組成的囊泡直徑有3%的變幅.相關研究表明，可通過偶氮苯可逆性光響應行為來調節脂類的微觀形態，以及由該類物質所構成的膜層流動性等參數，相較于傳統的pH值、離子濃度或溫度的調節，該方法具備更好的生物相容性與可逆性，對于推動脂類作為小分子藥物的遞送平臺具有較大意義.

在多糖的應用中，Chen等［68］將碳化二亞胺與N-羥基琥珀酰亞胺作為交聯劑連用，使偶氮苯通過亞氨基與透明質酸結合（HA-Azo）.在該體系中，HA-Azo作為陰離子供體與陽離子成分通過靜電吸引制成納米膠囊，對阿霉素（DOX）進行包埋和釋放.紫外光照射使偶氮苯轉換為順式異構體，改變了HA-Azo與陽離子成分之間的靜電吸附特性，導致膠囊的結構解體，直徑下降75%，內容物DOX的釋放率達70%，比無偶氮苯光開關的膠囊釋放率高60%；此外，反式異構體的泄露率低于10%.Kim等［69］將偶氮苯枝接在經羧甲基化改造后的纖維素主鏈上，與β-環糊精等材料制備成了一種主客體配合物多功能水凝膠.經過紫外照射后對于包埋物萘普生的釋放量可比未經光照組高50%.綜上可知，偶氮苯光開關能夠為基于脂類與多糖的材料提供可靠的光控性能，有效提升二者在藥物遞送中的包埋率，以及穩定性的可逆控制水平.

5結語

近年來，隨著各種不同形式的取代基和新配體的出現，偶氮苯光開關愈發顯現出了其較好的靈活性和適用性，另外，隨著光線的篩選與取代基的改進也使得偶氮光開關的生物相容性得到進一步提高，并且紅綠藍等光源替代紫外光已進入到相關研究中.除了已經闡述的幾類生物大分子外，偶氮苯光開關在芯片探針、存儲與復合材料，以及機械生物材料領域都有許多極具創新的報道.

但目前對生物體內偶氮苯光開關的研究，仍然存在以下問題：1）光線在生物體內的局限性問題.雖然研究人員對偶氮苯的響應光線做了大量調整工作，試圖避免部分短波段光線對生物活體的損害，但仍不夠理想.具有高度細胞吸收性、高組織滲透性，且無生物危害的可見光作為光激勵源已經用在偶氮苯的異構化方面，但是該類光源在光控生物分子中的使用率仍較低.2）如何根據偶氮苯順反異構體與交聯大分子之間的構象相關性從設計層面上改進偶氮苯光開關.這對于全面掌握偶氮苯異構化，以及深化在生物大分子中的現有成果具有重要意義.3）偶氮苯異構化的轉換不徹底.這體現在順、反異構體的比例差異，以及異構化對于分子構象變化誘導能力的不足方面，這將影響長期循環異構化的可逆性.這些問題和不足將是偶氮苯光開關在生物體內應用的主要研究方向.

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（責任編輯：伍利華）

Application of Azobenzene Photo-Switches

in Biomacromolecules

HU Jie1，DUAN Ran2，ZHOU Dian2，WU Di1，2（1.School of Mechanical Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China;

2.School of Food and Biological Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China）Abstract：Driven by corresponding binding strategies，azobenzene has been deeply applied in various biomacromolecules in the form of photo-switch molecules.Especially，it has a unique value in the changes of structure and activity of polypeptide and proteinthe regulation of nucleic acidand the research of lipid and polysaccharide complexes.Based on the design of azobenzene photo-switch reported in recent years，this paper expounds on its application in biomacro-molecules，summarizes the current development status of azobenzene photo-switch，and looks forward to the application prospect of azobenzene photo-switch in chemical biology.

Key words：azobenzene photo-switches;photoisomerization;biomacromolecules;proteins;nucleic acid