Chimeric Biocatalyst Combining Peptidic and Nucleic Acid Components Overcomes the Performance and Limitations of the Native Horseradish Peroxidase

化学 血红素 辣根过氧化物酶 脱氧核酶 过氧化物酶 人工酶 组合化学 生物催化 共价键 酶动力学 辅因子 硫茴香醚 定向进化 蛋白质工程 血红素 核酸 蛋白质设计 DNA 生物化学 催化作用 活动站点 蛋白质结构 有机化学 反应机理 突变体 基因
作者
Xiaobo Zhang,Dehui Qiu,Jielin Chen,Yue Zhang,Jiawei Wang,Desheng Chen,Yuan Liu,Mingpan Cheng,David Monchaud,Jean‐Louis Mergny,Huangxian Ju,Jun Zhou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (8): 4517-4526 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.2c11318
摘要

Chimeric peptide-DNAzyme (CPDzyme) is a novel artificial peroxidase that relies on the covalent assembly of DNA, peptides, and an enzyme cofactor in a single scaffold. An accurate control of the assembly of these different partners allows for the design of the CPDzyme prototype G4-Hemin-KHRRH, found to be >2000-fold more active (in terms of conversion number kcat) than the corresponding but non-covalent G4/Hemin complex and, more importantly, >1.5-fold more active than the corresponding native peroxidase (horseradish peroxidase) when considering a single catalytic center. This unique performance originates in a series of gradual improvements, thanks to an accurate selection and arrangement of the different components of the CPDzyme, in order to benefit from synergistic interactions between them. The optimized prototype G4-Hemin-KHRRH is efficient and robust as it can be used under a wide range of non-physiologically relevant conditions [organic solvents, high temperature (95 °C), and in a wide range of pH (from 2 to 10)], thus compensating for the shortcomings of the natural enzymes. Our approach thus opens broad prospects for the design of ever more efficient artificial enzymes.
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