随机异聚物作为酶的模拟物

《Nature》：Random heteropolymers as enzyme mimics

通过设计随机异聚聚合物（RHPs）模拟酶活性，利用关键单体替代蛋白质功能残基，并统计调控亲水性等结构特性，RHPs可在非生物条件下催化氧化和环化反应，如四环素等持久性抗生素的催化，兼具催化活性高、加工兼容性好和底物范围广的特点。

　　

摘要

尽管在复制蛋白质的一级-二级-三级结构层次方面已经取得了一些成功，但仍然难以合成出那些其功能深深植根于蛋白质化学、结构和动态异质性的蛋白质^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}。我们认为，对于那些主链化学性质与蛋白质不同的聚合物来说，在片段层面编程侧链的空间和时间行为可以有效模拟蛋白质的功能^13,14；同时利用聚合物的旋转自由度可以弥补单体序列特异性的不足，在整体层面实现行为的均匀性^{2,3,15,16,17,18,19,20}。基于对约1300种金属蛋白活性位点的分析，我们设计了一种基于一步合成法的随机杂聚物（RHPs），作为酶的模拟物。我们将关键单体视为蛋白质功能残基的等效物，并通过统计方法调节含有这些关键单体的片段的化学特性（例如片段疏水性²¹）。由此产生的RHPs形成了伪活性位点，为关键单体提供了类似蛋白质的微环境，使底物与具有催化或辅因子结合能力的侧链共定位，并能够选择性地催化诸如香叶醇的氧化和环化等反应（使用异戊二醇/薄荷二醇作为催化剂）。这种RHP设计使得所得材料能够在非生物条件下保持催化活性，适用于大规模生产，并且底物范围得到扩展，包括环境稳定性强的抗生素四环素²²。