ДНКзимы (дезоксирибозимы) — это олигонуклеотидные молекулы ДНК с каталитической активностью, способные ускорять химические реакции без участия белковых ферментов. Они способны к селективному связыванию субстратов и катализу реакций, аналогичных ферментативным процессам, включая фосфорилирование, гидролиз, лигирование и другие реакции, характерные для нуклеотидной химии.
Аптазимы — это гибридные молекулы, представляющие собой комбинацию каталитической активности ДНКзимов и селективного связывания аптамеров. Аптамеры — это олигонуклеотиды с высокой аффинностью к специфическим лигандам, и включение их в структуру ДНКзима позволяет создавать каталитические системы, управляемые присутствием определенных молекул.
ДНКзимы обычно имеют двух- или многоцепочечную структуру с консервативными мотивами, формирующими активный центр. Активный центр включает нуклеотидные остатки, которые участвуют в переносе протонов, стабилизации переходного состояния и координации ионов металлов, необходимых для катализируемой реакции. Наиболее изученные ДНКзимы требуют присутствия divalent-ионов, например Mg²⁺ или Zn²⁺, для стабилизации отрицательного заряда на субстрате.
Аптазимы обладают модульной архитектурой: один модуль обеспечивает селективное связывание лиганда (аптамер), другой отвечает за каталитическую активность (ДНКзим). Связывание лиганда индуцирует конформационные изменения, которые активируют каталитический центр, создавая систему с высокой специфичностью и регулируемостью.
ДНКзимы способны катализировать широкий спектр реакций:
Аптазимы расширяют функциональный диапазон: благодаря аптамерной части они становятся активными только в присутствии специфического лиганда, что позволяет создавать реакции с контролируемой активностью и селективностью. Такой механизм особенно важен для сенсорных и терапевтических применений, где необходима высокая специфичность.
Основным ограничением является относительная медленная каталитическая скорость по сравнению с природными ферментами, а также ограничение в спектре катализируемых реакций. Тем не менее, возможность точного структурного дизайна, высокая стабильность и специфичность делают ДНКзимы и аптазимы перспективной альтернативой белковым ферментам, особенно в условиях, где традиционные ферменты неэффективны.
Развитие методов секвенирования, молекулярного моделирования и in vitro эволюции открывает путь к созданию новых высокоэффективных катализаторов на основе нуклеиновых кислот, способных выполнять сложные химические реакции с точной селективностью.