Insights into How NH4+ Ions Enhance the Activity of Dimeric G-Quadruplex/Hemin DNAzyme

脱氧核酶 催化作用 化学 血红素 G-四倍体 过氧化氢 光化学 离子 卟啉 基质(水族馆) 氢键 结晶学 无机化学 组合化学 立体化学 血红素 分子 有机化学 DNA 酶 生物化学 海洋学 地质学
作者
Wenqin Zhou,Rui Lai,Yu Cheng,Yu Bao,Wenhui Miao,Xupeng Cao,Guoqing Jia,Guohui Li,Can Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 4330-4338 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05905
摘要

Dimeric G-quadruplex (G4)/Hemin has been employed to expand the catalytic repertoire of nucleic acid. Herein, we aim to understand the effect of NH4+ ions on the catalytic behavior of the dimeric G4/Hemin DNAzyme. Through EPR and UV–vis spectroscopy, we found that NH4+ ions resulted in more accumulation of compound I (Cpd I, Fe (IV)═O•+) in the dimeric DNAzyme process. Furthermore, molecular dynamics simulations showed that NH4+ ions could be present in the catalytic chamber to stabilize the dimeric G4 while interacting with the substrate hydrogen peroxide by hydrogen bonds. The interaction between the NH4+ ion and H2O2 contributes to a better stability of intermediate and transition-state species involved in the catalytic formation of Cpd I. Specifically, NH4+ ions facilitate the O–O bond breaking of iron–porphyrin-bound H2O2 (the rate-limiting step). With four available hydrogen atoms, a NH4+ ion can be an effective “additive” to promote the activity of the dimeric DNAzyme. The results provide the strategy for adjusting the DNAzyme by transition-state stabilization by hydrogen bonding networks. Our data shed light on the mechanistic clues on the design and application of G4-based catalysts.
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