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引言
蛋白质在数十亿年的进化过程中经历了无数的过程，包括调节、结构和催化功能。大约有一半的蛋白质需要过渡金属阳离子来完成正确的折叠和功能。这种金属的用途很大程度上取决于它的氧化还原特性、自旋状态和刘易斯酸度，这些都可以通过高度保守的配位环境进行微调。金属酶的高效率和选择性，已经使之成为许多生物技术应用的基础。DNAzyme的出现使可接受的底物和反应类型的范围将大大增强。而其中具有催化功能的金属DNAzyme结构也越来越受到人们的关注。尽管许多金属DNAzyme是高效的，但它们催化金属中心的精确配位常常是未知的。 成果简介 近日，多特蒙德大学Clever. Guido教授在《J. Am. Chem. Soc.》上发表题为“Modular Design of G‑Quadruplex MetalloDNAzymes for Catalytic C-C Bond Formations with Switchable Enantioselectivity”的科研论文。文章中作者提出了一种新方法，可以合理地开发用于路易斯酸催化反应的金属DNAzyme。此方法依赖于单分子DNA G-四链体的可预测折叠模式，并结合了金属介导的碱基配对的概念。在G-四链体的loop区域创建过渡金属配位环境，并且可通过底物访问。因此，通过固相合成将受蛋白质激发的咪唑配体L共价结合到一系列富含G的DNA链中。DNA序列设计和催化测定的迭代轮次使之能够选择性的定制金属DNAzyme，它们具有高转化率和出色的对映选择性（≥99％）。根据它们的基本序列，折叠模式和金属配位模式，可以提取有关构效关系的信息。序列中配体L的数目和位置的变化可用于控制（S）和（R）对映体反应产物的形成。 图文解读 图1. 咪唑配体L的合成以及固相DNA的合成。以单分子G -四链体为模板，结合了以乙二醇为基础的咪唑配体L，为不同过渡金属阳离定制的配位环境。
图2. 电解质的影响。 htelLS3D(左)和htelLS2G(右)在CuII缺乏(黑)和存在(红)时的CD光谱。表明具有三个配体的序列具有相当固定的拓扑结构，由螯合的CuII阳离子形成模板，而只有两个配体的序列离子的控制较弱，络合较松散，更易受整体顺序和所用电解质的影响而发生变化。
图3. (a) CuII和底物存在下htelLR3D的MD模拟。(b)CuII位点的放大。表明邻近的核苷酸屏蔽了底物用于亲核攻击的一个面，从而提高对映选择性。(c) G-四链体loop 1中有两个配体，更有利于(S)对映体的形成。(d) 含有三个配体的G-四链体更有利于(R)对映体的形成。
图4. htelLR3D, htelLR3H, htelLR2G, htelLR2F和游离CuII 的Cu(II)配合物产物形成的时间依赖性。单独使用CuII时，反应速率v0 = 2 μM h−1，当htelLR3H和htelLR2G存在时，反应速率加快，v0 = 4和9 μM h−1，对于htelLR2F，反应速率显著增加了20倍。影响反应速率的原因可能是腔内氢键的形成阻碍底物与催化金属的结合。 图5. htelLR2G和htelLR3D序列对Michael受体MA1-7的转换和选择性，表明此方法具有普遍性。 总结与展望 本文介绍了一种模块化方法用于CuII依赖的金属DNAzyme的合理设计。用咪唑配体L修饰htel22，设计了高效的基于CuII的催化剂，用于对映选择性的Michael加成。反复筛选和序列设计揭示了关键的结构功能关系，优化的DNAzymes可用于两种对映体产物的获取。本文介绍的系统可作为新型金属DNAzymes开发的多功能平台，用于各种反应催化剂的系统优化。 文献链接 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c11245 作者简介 Clever. Guido 多特蒙德大学化学和化学学院生物学教授 研究领域： 超分子化学、分子笼内化学、DNA 纳米结构、分子机器 课题组主页： https://ccb.tu-dortmund.de/en/professorships/ac/clever/index.html 编辑：胥奔锋 审核：张天一
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