鑽石舞台

DNA中配對的鹼基所占空間的不對稱性，使雙螺旋結構形成了大、小兩條溝槽。DNA -蛋白的非共價特異性作用依賴於對氫鍵和疏水相互作用的鹼基識別，和對全局和局部的形狀識別，這些主要發生在DNA大溝和小溝中。

受大自然分子模型啟發，暨南大學化學與材料學院李丹教授與和韓山師範學院才紅教授合作，以tRNA反密碼子中重要的生物鹼次黃嘌呤和1,3,5-苯三羧酸為配體，成功地合成了一例新型的BioMOF (記為ZnBTCHx)。ZnBTCHx具有類似於DNA的周期性溝槽結構，可作為特異性選擇識別色氨酸的活性位點。研究成果在美國化學會旗艦期刊《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.，影響因子15.419）發表。

單晶x-射線衍射分析表明（下圖），ZnBTCHx包含兩種不同形狀的一維通道，一種是直徑約為9.0 Å的管形通道，一種為窗口尺寸約為7.4´9.5 Å的矩形通道，結構中平行的苯環之間的距離分別為5.96 Å和3.77 Å，類似於DNA雙螺旋結構中交替存在的大溝和小溝。未配位的氧原子朝向溝槽，為溝槽表面提供了豐富的超分子活性位點。色氨酸的大小和形狀與ZnBTCHx匹配，緊貼在大溝槽中，氨基酸側鏈嵌入小溝槽，並引起主體框架局部形狀自適應性的改變。

研究人員結合等溫滴定量熱法、單晶結構解析和分子動力學模擬，發現ZnBTCHx可以通過兩種不同的熱力學途徑自發捕獲L和D型色氨酸：L型色氨酸的吸附是焓驅動主導的，吸附D型色氨酸是熵驅動為主。生命是一個非平衡的開放系統，需要不斷地從環境中吸收負熵來抵消自身熵的增加，該BioMOF可作為分子模型，從化學角度解釋為什麼自然界中的生物偏愛L構型分子而不是D構型分子。通過手性高效液相色譜法檢測混合L和D型色氨酸的吸附實驗，結果發現ZnBTCHx優先吸附L-色氨酸。

本研究為生物體系中分子識別模型的構建和藥物靶點的設計提供了新的思路，也為藥物設計、仿生催化和尖端生物醫學開闢新研究方向。

來源：暨南大學

論文連接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03326