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電子自旋共振在自由基酵素與材料的應用

柯學初

教授

物理系

國立東華大學

(研發處綜合企劃組組長)

花蓮縣壽豐鄉志學村大學路二段一號97401

e-mail: ke@gms.ndhu.edu.tw;

電話: (886)(3) 890-3705

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專業生涯發展

2021	東華一等學術獎章
2021	東華二等行政服務獎章
2019 – 2023	卓越領航計劃主持人, 科技部
2020 – 2022	特聘教授, 國立東華大學
2010 – 2016	特聘教授, 國立東華大學
2003, 2013, 2016	教學優良教師,國立東華大學理工學院
2007 – 2010	教授兼任奈米中心主任,國立東華大學
2007 – 今	教授,國立東華大學
2003	榮譽學者,生物化學系, University of Wisconsin-Madison, USA
2003 – 2007	副教授,國立東華大學
1999 – 2003	助理教授, 國立東華大學
1998 – 1999	研究助理教授, Emory University, Atlanta, USA
1997 – 1998	博士後研究員, Emory University, Atlanta, USA
1995 – 1997	博士後研究員, 醫學院, University of Alabama at Birmingham, USA
1991 – 1995	博士, University of Alabama at Birmingham, USA

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教學 @ 東華大學

研究所

生物物理 I & II (2000 – 今)

高等材料與生物物理技術 (Lab rotation, 2002 – 今)

量子力學 I & II (2004 – 2007)

大學部

普通物理 (1999 – 2004; 2010 – present)

普通物理實驗 (2008 – 2017, 2019 – 今)

基礎物理實驗 (III) (2000 – 2006)

基礎物理實驗 (IV) (2006)

生活中的物理 (通識教育中心, 2000 – 2001)

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教學 @ 慈濟大學

生物醫學物理(醫學系, 2012 – 2017)

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研究興趣

我們的研究興趣集中於揭示自由基酵素的催化反應機制和探討固態材料的電子能階結構，強調應用先進的電子順磁共振(EPR)技術和基於密度泛涵理論(DFT)的量子力學計算來表徵順磁性物質的特性。近期，我們重點在：

(1) 在大自然所有生命界中，到處可見酵素利用具有高能量的5'-去氧腺苷自由基(5'-Ado*)，作為引發催化反應的主要分子，這推動了此研究領域的持續蓬勃發展。透過不同的化學機制，5'-脫氧腺苷鈷胺素(5'-dAdoCbl)和S-腺苷-L-甲硫氨酸(SAM)為5'-dAdo* 的生物來源。我們選擇以賴氨酸5,6-氨基變位酶(5'-dAdoCbl)和谷氨酸2,3-氨基變位酶 (SAM)為樣本進行深入的研究，以揭示自由基酵素精緻又具專一性的控制高能5'-dAdo* 反應軌跡的完美潛在機制。這兩種酵素同時都需要另一個輔助因子5'-磷酸吡哆醛的參與，才能達成化學上極具挑戰的相鄰碳之間的1,2-氨基重組反應。我們藉由提供自由基進化狀態的 EPR/ENDOR/ESEEM快照，輔以各種底物/抑制劑/輔因子類似物，來探索自由基的化學反應路徑原理。自由基酵素學的複雜性，本質上即是跨域多層面的問題。我們整合生化、酵素、有機合成、密度泛函計算及光譜技術到一個主題中，在分子的象限探討自由基酵素化學相關問題；和，

(2) 我們研究的第二個重點是闡明 TiO2 和 g-C3N4 的表面化學。我們透過摻雜、異質結構形成間隙能階、或與過渡金屬錯合物的偶聯（最近專注在還原CO2的釕-芳烴/g-C3N4 共軛物製作）來合成可增強電荷分離的新材料並進行多樣化的催化應用。我們研究這些材料表面光生電荷載子的宏觀與微觀層面上的動力學。透過瞭解基礎機理，我們使用實驗室中必要的生物材料合成裝置，正在尋找其他幾種半導體上的活性位點，研究開發穩定的方法將它們與生物材料結合。

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研究設施

基因突變、細菌培養、蛋白質純化、材料合成和光譜樣品製備等生化設備、HPLC、GC、紫外-可見光譜儀、Bruker EMX 連續波 EPR 和 ENDOR 光譜儀、自製脈衝 ESR 光譜儀、自製巨觀拉曼光譜儀、Gaussian09 和 GAMESS計算軟體。校園內其他設施（XRD、XPS、Mass、SEM、TEM ...）。

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Open Searches

博士後職位或碩、博士研究助理職位。領域含自由基酶機制學、奈米材料化學和脈衝 ENDOR 儀器製造。聘期最長4年，薪資按科技部薪資表計算。查詢以及您的簡歷，請e-mail至ke@gms.ndhu.edu.tw

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碩博士論文及大學部專題研究方向

學生的教育和培訓是實驗室重要的一環。論文項目選擇含自由基酶學、奈米材料化學/製造、和EPR光譜（微波技術/儀器/寫程式）領域，這些本質上是多學科多層面思考的問題。我們歡迎其他系所的同學加入。同學們將有機會掌握各種非常有利於他們專業發展的技能。如果您想了解更多有關實驗室的研究機會，請e-mail至ke@gms.ndhu.edu.tw 與我聯繫。

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誌謝

感謝科技部資助我們的研究（1999年至今）

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代表性著作

1	JR Chen, TX Ke, PA. Frey, SC Ke, Electron Spin Echo Envelope Modulation Spectroscopy Reveals How Adenosylcobalamin-Dependent Lysine 5,6-Aminomutase Positions the Radical Pair Intermediates and Modulates Their Stabilities for Efficient Catalysis, ACS Catal, 11, 14352−14368, (2021)
2	SR Sahoo, SC Ke, Spin-orbit coupling effects in Au 4f core-level electronic structures in supported low-dimensional gold nanoparticles, Nanomaterials 11, 554-568 (2021)
3	DB Nimbalkar, PVRK Ramacharyulu, SR Sahoo, JR Chen, CM Chang, A Maity, SC Ke, Dual Roles of [NCN]^2- on Anatase TiO2: A Fully Occupied Molecular Gap State for Direct Charge Injection into the Conduction Band and an Interfacial Mediator for the Covalent Formation of Heterostructured g-C3N4/a-TiO2 Nanocomposite, Applied Catalysis B: Environmental, 273 119036, (2020)
4	DB Nimbalkar, M Stas, SS Hou, SC Ke, JJ Wu, Microscopic Revelation of Charge Trapping Sites in Polymeric Carbon Nitrides for Enhanced Photocatalytic Activity by Correlating with Chemical and Electronic Structures, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 21, 19087 (2019)
5	JR Chen, SC Ke, Magnetic Field Effect on Coenzyme B12 and B6 -Codependent Lysine 5,6-Aminomutase: Switching of J-Resonance Through a Kinetically Competent Radical-Pair Intermediate, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 13068 (2018)
6	SR Sahoo, PVRK Ramacharyulu, SC Ke, Impact of Nonideal Nanoparticles on X-ray Photoelectron Spectroscopic Quantitation: An Investigation Using Simulation and Modeling of Gold Nanoparticles, Analytical Chemistry 90, 1621 (2018)
7	PVRK Ramacharyulu, SJ Abbas, SC Ke, Enhanced charge separation and photoactivity in heterostructured g-C3N4: a synergistic interaction in environmental friendly CaO/g-C3N4, Catal. Sci. Technol., 7, 4940 (2017)
8	SJ Abbas, PVRK Ramacharyulu, HH Lo, SI Ali, SC Ke, A catalytic approach to synthesis of PLP analogs and other environmental protocols in a single handed CaO/TiO2 green nanoparticle, Applied Catalysis B: Environmental, 210, 276 (2017)
9	HH Lo, HH Lin, AN Maity, SC Ke, The Molecular Mechanism of the Open-Closed Protein Conformational Cycle Transitions and Coupled Substrate Binding, Activation and Product Release Events in Lysine 5,6-Aminomutase, Chemical Communications, 52, 6399 (2016)
10	AN Maity, HH Lin, HS Chiang, HH Lo, SC Ke, The Reaction of PLP-NO with Lysine 5,6-Aminomutase: Enzyme Flexibility towards Cofactor Analog, ACS Catalysis, 5, 3093 (2015)
11	YH Chen, AN Maity, PA Frey, SC Ke, Mechanism Based Inhibition Reveals Transitions Between Two Conformational States in the Action of Lysine 5,6-Aminomutase: A Combination of EPR , ENDOR and DFT Study, J. Am. Chem. Soc., 135, 788 (2013)
12	AN Maity, AC Shaikh, S Srimurugan, CJ Wu, C Chen, SC Ke, Synthesis of 4-thia-[6-13C]lysine from [2-13C]glycine: access to site-directed isotopomers of 2-aminoethanol, 2-bromoethylamine and 4-thialysine, Amino Acids, 42, 309 (2012)
13	TH Wang, YH Chen, JY Huang, KC Liu, SC Ke, HA Chu, Enzyme kinetics, inhibitors, mutagenesis and electron paramagnetic resonance analysis of dual-affinity nitrate reductase in unicellular N2-fixing cyanobacterium Cyanothece sp PCC8801, Plant Physiology and Biochemistry, 49, 1369 (2011)
14	YH Chen, AN Maity, YC Pan, PA Frey, SC Ke, Radical Stabilization is Crucial in the Mechanism of Action of Lysine 5,6-Aminomutase: Role of Tyrosine-263a as Revealed by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., 133, 17152 (2011)
15	NO Gopal, HH Lo, SC Sheu, SC Ke, A Potential Site for Trapping Photogenerated Holes on Rutile TiO2 Surface as Revealed by EPR Spectroscopy: An Avenue for Enhancing Photocatalytic Activity, J. Am. Chem. Soc., 132, 10982 (2010)
16	NO Gopal, HH Lo, SC Ke, Chemical State and Environment of Boron Dopant in B,N-Codoped Anatase TiO2 Nanoparticles: An Avenue for Probing Diamagnetic Dopants in TiO2 by Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., 130, 2760 (2008)
17	RJ Dai, SC Ke, Detection and Determinants of the {Fe(NO)2} core vibrational features in Dinitrosyl-Iron complexes from Experiment, Normal Coordinate Analysis and Density Functional Theory: An Avenue for Probing the Nitric Oxide Oxidation State, J. Phys. Chem. B, 111, 2335 (2007)

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學院外的興趣

木工