天然酶催化雖具高效性和選擇性優(yōu)勢，但其反應(yīng)類型固有受限。傳統(tǒng)人工酶通過非天然氨基酸插入、共價連接或超分子錨定等策略構(gòu)建，但存在不可逆結(jié)合導(dǎo)致的蛋白支架選擇局限（目前主要依賴鏈霉親和素、LmrR等不足10種支架）。光反應(yīng)在天然酶體系中尤為稀缺，現(xiàn)有光酶體系多依賴天然輔因子的單電子轉(zhuǎn)移或外置光催化劑。
圖1 人工酶設(shè)計策略與BpAD輔因子的開發(fā)邏輯
廈門大學(xué)王斌舉、南京大學(xué)潘惠杰團隊研究者報道了一種光活性NAD?類似物——苯甲酮腺嘌呤二核苷酸（BpAD）的開發(fā)與應(yīng)用。受天然輔因子啟發(fā)，該人工輔因子通過可逆結(jié)合策略整合到多種NAD?依賴型蛋白支架中，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)多樣化的人工光酶體系。所得光酶能高效催化分子間和分子內(nèi)[2+2]環(huán)加成反應(yīng)，兼具優(yōu)異的對映選擇性（最高e.r. 99.5:0.5）、廣譜底物兼容性及顯著的對映發(fā)散性。
計算研究證實BpAD的精確結(jié)合模式，并揭示逐步C-C鍵形成機制中的關(guān)鍵外型進攻路徑。值得注意的是，BpAD與NAD?催化的反應(yīng)具有高度正交性，可在同一體系內(nèi)無干擾地并行運行。該工作為人工酶開發(fā)提供了通用化新策略，通過利用天然NAD?依賴蛋白的多樣性實現(xiàn)定制化催化應(yīng)用。
圖2 BpAD與NAD?催化體系的正交性
該研究成功開發(fā)出光活性NAD?類似物BpAD，證實其能在多種NAD?依賴蛋白支架上高效催化分子間[2+2]環(huán)加成及對映發(fā)散性分子內(nèi)[2+2]環(huán)加成反應(yīng)，并實現(xiàn)高收率與卓越對映選擇性。計算與實驗研究共同驗證BpAD能以類似NAD?的方式可逆結(jié)合廣譜蛋白支架。[2+2]環(huán)加成通過逐步C-C鍵形成機制進行，其中外型進攻路徑能量占優(yōu)。正交性實驗表明BpAD與NAD?催化體系互不干擾，支持雙輔因子并行運作。該工作有力證明催化位點與蛋白支架的可逆結(jié)合可創(chuàng)制高效高選擇性人工酶，突破了支架選擇的局限，為快速開發(fā)定制化人工酶開辟了新途徑。
Du, P Li J., Zhou, TP. et al. An NAD? analogue enables assembly of structurally diverse artificial photoenzymes for enantiodivergent [2?+?2] cycloadditions. Nat Catal (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01390-x
