我院鞠熀先教授研究组在仿生分子识别与仿生催化领域取得重要研究进展，发现了一种嗜热型高活性的DNA酶，相关成果“Thermophilic Tetramolecular G-quadruplex/Hemin DNAzyme”于11月6日在Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201708964在线发表。该成果由博士生郭悦华为第一作者，周俊副教授和鞠熀先教授为通讯作者完成。该研究组博士生陈杰林、中科院大连化学物理研究所博士生程明攀以及法国勃艮第大学David Monchaud教授参与了相关工作。

    由于蛋白质的温度敏感性，蛋白酶的催化性能与温度相关，在应用上受到很大的限制。寻找、发现能够在极端环境如高温下仍具有高催化能力、高稳定性的仿生模拟酶具有十分重要的意义。近年来，具有催化活性的纳米结构材料和G-四链体/hemin DNA模拟酶受到广泛关注，已成为新型仿生模拟酶开发的重点方向。在G-四链体/hemin领域，由分子内G四链体/hemin形成的DNA模拟酶已在生物催化、生物传感等领域得到广泛应用，但其热稳定性差，无法用于极端环境。基于四条链形成的四元G四链体具有很好的热稳定性，鞠熀先教授研究组通过对四元G四链体的末端进行碱基修饰，并对反应的离子进行筛选，提高hemin和四元G四链体的结合能力，发现了一种新型嗜热的高活性G-四链体/hemin DNA酶（图1）。该工作在四元G四链体的末端修饰上不同的碱基，发现腺嘌呤（A）可以大幅度的提高DNA酶的催化活性，为提高反应温度进行模拟酶催过功能如活化能、pH依赖性等的研究奠定了基础。末端修饰腺嘌呤的四元G四链体结构在高温下不仅可以稳定存在，也可保持与hemin的结合能力及形成模拟酶后的催化活性（图2）。该工作探索了该嗜热DNA酶在高温下的潜在应用：可以有效地去除污水中对人体有害的有机小分子，在不同的有机溶液中该酶也同样具有高的催化活性。

    鞠熀先教授研究组专注于仿生分子识别、仿生催化与信号放大研究，在973计划、国家自然科学基金等项目资助下提出了多种仿生分子识别体系与信号放大策略，将仿生催化模拟酶用于生物传感，建立了系列性的生物分子高效检测方法。在G-四链体/hemin领域，他们将其催化活性与该组首创的量子点电子化学发光传感结合，提出了蛋白质标志物的超灵敏电致化学发光免疫分析方法；将G-四链体/hemin与临位触接反应结合，建立了DNA与蛋白质标志物的多种化学发光成像检测方法。近期，该组系统地开展提高G-四链体/hemin DNA酶活性的研究工作(Chem. Eur. J. 2017, 23, 4210-4215），揭示了G-四链体的构效关系(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7768-7779)。

 

图1. 嗜热G-四链体/hemin DNA酶在不同温度下催化底物反应的示意图

 

 

图2. 嗜热G-四链体/hemin DNA酶在不同温度下的催化活性及热稳定性研究