人能不能造出自然界没有的酶？ 第1页

人早已造出许多自然界没有的酶，其催化效率可以接近或超过自然界的同类，或是催化在自然界尚未发现有任何酶去催化的化学反应。

自然界存在的各种酶的催化活性位点通常只是其大分子中的很小一部分基团。一个分子有了结合底物的基团和进行催化的功能性基团，就可以实现酶的作用。人可以用环糊精、冠醚、杯芳烃等环状分子来搭载基团，也可以修改自然界的酶的结构来实现自然界没有的功能、放进人造材料里发挥作用之类。

• Ronald Breslow 于 1970 年创造了“人工酶（artificial enzyme）”一词，用环糊精搭载基团催化了当时在自然界还没有发现的化学反应，数十年后人们才在桑树里发现具有同样功能的酶。
• Manfred Reetz 等研究人员用定向进化改善自然界的酶的性能，成功催化了在自然界通常不会发生的化学反应。
• 1993 年，哈佛大学的科学家在实验室里创造出能执行 RNA 聚合酶功能的 RNA。从那以来，人类制造出的这种 RNA 的性能不断改善，2016 年 David P. Horning 和 Gerald F. Joyce 发现的 24-3 聚合酶几乎能复制任何 RNA 链并将其扩增万倍。
• 基于蛋白质的人工酶可以在生物体内使用，可以被定向进化迅速改良，在 1999 年到二十一世纪初热门过一阵。Frances Arnold 凭借这个领域的研究获得 2018 年诺贝尔化学奖。

• 2014年，剑桥大学研究人员用合成生物学制造的、地球生物圈里从未发现的合成遗传聚合物（XNA）分子实现了酶活性。

Taylor, A., Pinheiro, V., Smola, M.et al.Catalysts from synthetic genetic polymers.Nature 518,427–430 (2015). https://doi.org/10.1038/nature13982

此外，具有催化作用的纳米材料也被称作“纳米酶”，那就和自然界的生物使用的有机物大相径庭了。2020 年以来，自组装单原子纳米酶的药物潜力受到一定关注^[1]。

参考

1. ^ https://doi.org/10.1038%2Fs41467-019-14199-7