引言
蛋白質(zhì)在數(shù)十億年的進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的過(guò)程，包括調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)和催化功能。大約有一半的蛋白質(zhì)需要過(guò)渡金屬陽(yáng)離子來(lái)完成正確的折疊和功能。這種金屬的用途很大程度上取決于它的氧化還原特性、自旋狀態(tài)和劉易斯酸度，這些都可以通過(guò)高度保守的配位環(huán)境進(jìn)行微調(diào)。金屬酶的高效率和選擇性，已經(jīng)使之成為許多生物技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。DNAzyme的出現(xiàn)使可接受的底物和反應(yīng)類型的范圍將大大增強(qiáng)。而其中具有催化功能的金屬DNAzyme結(jié)構(gòu)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。盡管許多金屬DNAzyme是高效的，但它們催化金屬中心的精確配位常常是未知的。 成果簡(jiǎn)介 近日，多特蒙德大學(xué)Clever. Guido教授在《J. Am. Chem. Soc.》上發(fā)表題為“Modular Design of G?Quadruplex MetalloDNAzymes for Catalytic C-C Bond Formations with Switchable Enantioselectivity”的科研論文。文章中作者提出了一種新方法，可以合理地開(kāi)發(fā)用于路易斯酸催化反應(yīng)的金屬DNAzyme。此方法依賴于單分子DNA G-四鏈體的可預(yù)測(cè)折疊模式，并結(jié)合了金屬介導(dǎo)的堿基配對(duì)的概念。在G-四鏈體的loop區(qū)域創(chuàng)建過(guò)渡金屬配位環(huán)境，并且可通過(guò)底物訪問(wèn)。因此，通過(guò)固相合成將受蛋白質(zhì)激發(fā)的咪唑配體L共價(jià)結(jié)合到一系列富含G的DNA鏈中。DNA序列設(shè)計(jì)和催化測(cè)定的迭代輪次使之能夠選擇性的定制金屬DNAzyme，它們具有高轉(zhuǎn)化率和出色的對(duì)映選擇性（≥99％）。根據(jù)它們的基本序列，折疊模式和金屬配位模式，可以提取有關(guān)構(gòu)效關(guān)系的信息。序列中配體L的數(shù)目和位置的變化可用于控制（S）和（R）對(duì)映體反應(yīng)產(chǎn)物的形成。 圖文解讀 圖1. 咪唑配體L的合成以及固相DNA的合成。以單分子G -四鏈體為模板，結(jié)合了以乙二醇為基礎(chǔ)的咪唑配體L，為不同過(guò)渡金屬陽(yáng)離定制的配位環(huán)境。
圖2. 電解質(zhì)的影響。 htelLS3D(左)和htelLS2G(右)在CuII缺乏(黑)和存在(紅)時(shí)的CD光譜。表明具有三個(gè)配體的序列具有相當(dāng)固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由螯合的CuII陽(yáng)離子形成模板，而只有兩個(gè)配體的序列離子的控制較弱，絡(luò)合較松散，更易受整體順序和所用電解質(zhì)的影響而發(fā)生變化。
圖3. (a) CuII和底物存在下htelLR3D的MD模擬。(b)CuII位點(diǎn)的放大。表明鄰近的核苷酸屏蔽了底物用于親核攻擊的一個(gè)面，從而提高對(duì)映選擇性。(c) G-四鏈體loop 1中有兩個(gè)配體，更有利于(S)對(duì)映體的形成。(d) 含有三個(gè)配體的G-四鏈體更有利于(R)對(duì)映體的形成。
圖4. htelLR3D, htelLR3H, htelLR2G, htelLR2F和游離CuII 的Cu(II)配合物產(chǎn)物形成的時(shí)間依賴性。單獨(dú)使用CuII時(shí)，反應(yīng)速率v0 = 2 μM h?1，當(dāng)htelLR3H和htelLR2G存在時(shí)，反應(yīng)速率加快，v0 = 4和9 μM h?1，對(duì)于htelLR2F，反應(yīng)速率顯著增加了20倍。影響反應(yīng)速率的原因可能是腔內(nèi)氫鍵的形成阻礙底物與催化金屬的結(jié)合。 圖5. htelLR2G和htelLR3D序列對(duì)Michael受體MA1-7的轉(zhuǎn)換和選擇性，表明此方法具有普遍性。 總結(jié)與展望 本文介紹了一種模塊化方法用于CuII依賴的金屬DNAzyme的合理設(shè)計(jì)。用咪唑配體L修飾htel22，設(shè)計(jì)了高效的基于CuII的催化劑，用于對(duì)映選擇性的Michael加成。反復(fù)篩選和序列設(shè)計(jì)揭示了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系，優(yōu)化的DNAzymes可用于兩種對(duì)映體產(chǎn)物的獲取。本文介紹的系統(tǒng)可作為新型金屬DNAzymes開(kāi)發(fā)的多功能平臺(tái)，用于各種反應(yīng)催化劑的系統(tǒng)優(yōu)化。 文獻(xiàn)鏈接 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c11245 作者簡(jiǎn)介 Clever. Guido 多特蒙德大學(xué)化學(xué)和化學(xué)學(xué)院生物學(xué)教授 研究領(lǐng)域： 超分子化學(xué)、分子籠內(nèi)化學(xué)、DNA 納米結(jié)構(gòu)、分子機(jī)器 課題組主頁(yè)： https://ccb.tu-dortmund.de/en/professorships/ac/clever/index.html 編輯：胥奔鋒 審核：張?zhí)煲?/span>
