天然酶催化虽具高效性和选择性优势，但其反应类型固有受限。传统人工酶通过非天然氨基酸插入、共价连接或超分子锚定等策略构建，但存在不可逆结合导致的蛋白支架选择局限（目前主要依赖链霉亲和素、LmrR等不足10种支架）。光反应在天然酶体系中尤为稀缺，现有光酶体系多依赖天然辅因子的单电子转移或外置光催化剂。

图1 人工酶设计策略与BpAD辅因子的开发逻辑

厦门大学王斌举、南京大学潘惠杰团队研究者报道了一种光活性NAD⁺类似物——苯甲酮腺嘌呤二核苷酸（BpAD）的开发与应用。受天然辅因子启发，该人工辅因子通过可逆结合策略整合到多种NAD⁺依赖型蛋白支架中，构建出结构多样化的人工光酶体系。所得光酶能高效催化分子间和分子内[2+2]环加成反应，兼具优异的对映选择性（最高e.r. 99.5:0.5）、广谱底物兼容性及显著的对映发散性。

计算研究证实BpAD的精确结合模式，并揭示逐步C-C键形成机制中的关键外型进攻路径。值得注意的是，BpAD与NAD⁺催化的反应具有高度正交性，可在同一体系内无干扰地并行运行。该工作为人工酶开发提供了通用化新策略，通过利用天然NAD⁺依赖蛋白的多样性实现定制化催化应用。

图2 BpAD与NAD⁺催化体系的正交性

该研究成功开发出光活性NAD⁺类似物BpAD，证实其能在多种NAD⁺依赖蛋白支架上高效催化分子间[2+2]环加成及对映发散性分子内[2+2]环加成反应，并实现高收率与卓越对映选择性。计算与实验研究共同验证BpAD能以类似NAD⁺的方式可逆结合广谱蛋白支架。[2+2]环加成通过逐步C-C键形成机制进行，其中外型进攻路径能量占优。正交性实验表明BpAD与NAD⁺催化体系互不干扰，支持双辅因子并行运作。该工作有力证明催化位点与蛋白支架的可逆结合可创制高效高选择性人工酶，突破了支架选择的局限，为快速开发定制化人工酶开辟了新途径。

Du, P Li J., Zhou, TP. et al. An NAD⁺ analogue enables assembly of structurally diverse artificial photoenzymes for enantiodivergent [2 + 2] cycloadditions. Nat Catal (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01390-x