天然酶催化雖具高效性和選擇性?xún)?yōu)勢(shì)，但其反應(yīng)類(lèi)型固有受限。傳統(tǒng)人工酶通過(guò)非天然氨基酸插入、共價(jià)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(lài)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(lài)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(jì)策略與BpAD輔因子的開(kāi)發(fā)邏輯
廈門(mén)大學(xué)王斌舉、南京大學(xué)潘惠杰團(tuán)隊(duì)研究者報(bào)道了一種光活性NAD?類(lèi)似物——苯甲酮腺嘌呤二核苷酸（BpAD）的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。受天然輔因子啟發(fā)，該人工輔因子通過(guò)可逆結(jié)合策略整合到多種NAD?依賴(lài)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(duì)映選擇性（最高e.r. 99.5:0.5）、廣譜底物兼容性及顯著的對(duì)映發(fā)散性。
計(jì)算研究證實(shí)BpAD的精確結(jié)合模式，并揭示逐步C-C鍵形成機(jī)制中的關(guān)鍵外型進(jìn)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(wú)干擾地并行運(yùn)行。該工作為人工酶開(kāi)發(fā)提供了通用化新策略，通過(guò)利用天然NAD?依賴(lài)蛋白的多樣性實(shí)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(kāi)發(fā)出光活性NAD?類(lèi)似物BpAD，證實(shí)其能在多種NAD?依賴(lài)蛋白支架上高效催化分子間[2+2]環(huán)加成及對(duì)映發(fā)散性分子內(nèi)[2+2]環(huán)加成反應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)高收率與卓越對(duì)映選擇性。計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究共同驗(yàn)證BpAD能以類(lèi)似NAD?的方式可逆結(jié)合廣譜蛋白支架。[2+2]環(huán)加成通過(guò)逐步C-C鍵形成機(jī)制進(jìn)行，其中外型進(jìn)攻路徑能量占優(yōu)。正交性實(shí)驗(yàn)表明BpAD與NAD?催化體系互不干擾，支持雙輔因子并行運(yùn)作。該工作有力證明催化位點(diǎn)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(kāi)發(fā)定制化人工酶開(kāi)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
