王长号、陈亚芍《德国应用化学》：发现环二核苷酸人工金属酶具有手性催化功能

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王长号副教授、陈亚芍教授和德国康斯坦茨大学Jörg S. Hartig教授、中科院大连化物所李灿院士合作发现一种环二核苷酸c-di-AMP和铜离子自组装形成稳定的人工RNA金属酶，对水相中的不对称Friedel-Crafts反应表现出优异的手性催化性能。
       人工金属酶是一类新型的生物杂化催化剂，它通过将金属物种引入到生物大分子（蛋白质和核酸等）的骨架结构中，实现生物催化和金属催化的相结合，旨在拓展金属/生物催化的反应类型和发掘生物分子的新功能。除了蛋白质作为手性骨架，DNA被广泛用于组装人工DNA金属酶，高效实现了一系列水相中的不对称反应。由于RNA容易降解并且结构不稳定，关于人工RNA金属酶的手性催化研究还很少。因此，开发稳定、高效的人工RNA金属酶成为人工金属酶的研究热点。

环二核苷酸人工金属酶

       环二核苷酸（CDNs）是一类天然的环状RNA分子，它们含有两分子的核糖核苷酸和一个12元环结构。它们在自然界中作为第二信使分子参与信号传导和调节生理过程，但是，关于CDNs的催化功能研究尚未见报道。CDNs在不同的条件下可以形成多种空间构型，这为发展基于CDN的人工RNA金属酶提供了手性骨架。本课题组在研究中发现一种含有两个腺苷酸的环二核苷酸c-di-AMP和Cu2+离子能有效组装成人工RNA金属酶，对水相中的不对称Friedel-Crafts反应表现出高的反应活性和优异的手性选择性，最高ee值达到97%。相比空白反应，人工c-di-AMP金属酶提高反应速率3000倍以上。与单独铜离子相比，人工c-di-AMP金属酶也可以提高反应速率近20倍。控制实验表明，人工CDN金属酶中的两个腺苷酸和12元环结构对于CDN金属酶的手性催化性能至关重要。光谱表征和DFT计算表明，两分子c-di-AMP和Cu2+离子组装成二聚体结构，其中两个来自不同c-di-AMP的一个A碱基形成平面结构。Cu2+离子位于A-A平面中间，通过两个A碱基的N7位和临近的磷酸基的一个氧原子相互作用形成人工c-di-AMP金属酶。本研究表明CDNs可以作为一类稳定的手性骨架用于组装人工RNA金属酶，未来有望解决更多类型的水相反应。另外，CDNs是一类天然环状RNA分子，本研究为发掘CDNs在自然界中的潜在催化功能提供了研究依据。
       相关成果近期发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3444-3449）上。论文第一作者为我院19届硕士郝敏和王长号副教授，陈亚芍教授和王长号副教授为共同通讯作者，陕西师范大学为第一署名单位和唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、中央高校基金的资助。
        文章来源：陕西师范大学


       王长号副教授简介：2002-2006年毕业于陕西师范大学化学化工学院，2006-2013年在中国科学院大连化物所获得博士学位，师从李灿院士。2013-2015年在美国马里兰大学-帕克分校和2015-2017年在德国康斯坦茨大学进行博士后研究。2017年7月起就职于陕西师范大学，应用表面与胶体化学教育部重点实验室主要成员。主要从事新型核酸的催化功能和仿生材料的表界面行为研究。主持国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省##计划-青年项目、中央高校基金等。近年来在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nature Commun.、Chem. Commun.等国际著名刊物发表学术论文20余篇，获2013年中国科学院院长优秀奖、2018年陕西师范大学青年教师基本功大赛二等奖等荣誉。
       陈亚芍教授简介：陕西师范大学化学化工学院二级教授。2000年在日本茨城大学获得博士学位，应用表面与胶体化学教育部重点实验室主要成员。主要从事生物医用材料表面功能化修饰和胶体化学方向的研究工作。先后承担国家自然科学基金项目3项，省、市级科技攻关项目近10项，横向课题4项，授权发明专利16项，在国内外学术期刊上发表论文100余篇，获得2014年陕西省高校科学技术奖一等奖和2015年陕西省政府科技奖二等奖。承担省级和校级教学改革项目10余项，发表教学研究论文近10篇，主编物理化学教材2部，国家级物理化学精品资源共享课负责人，国家级教学成果二等奖第一完成人。获得省级教学名师和师德标兵称号、宝钢优秀教师奖、明德教师奖、校级教育教学突出贡献奖和全国优秀教师等荣誉。