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Lisi D, Vezzoni CA, Casnati A, Sansone F, Salvio R. Intra- and Intermolecular Cooperativity in the Catalytic Activity of Phosphodiester Cleavage by Self-Assembled Systems Based on Guanidinylated Calix[4]arenes. Chemistry 2023; 29:e202203213. [PMID: 36382737 DOI: 10.1002/chem.202203213] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/13/2022] [Revised: 11/15/2022] [Accepted: 11/15/2022] [Indexed: 11/17/2022]
Abstract
The calix[4]arene scaffold, blocked in the cone conformation through alkylation with long alkyl chains, and decorated at the upper rim with four guanidine or arginine units, effectively catalyzes the cleavage of the phosphodiester bond of DNA and RNA model compounds in water. An exhaustive kinetic investigation unequivocally points to the existence of spontaneous aggregation phenomena, driven by hydrophobic effect, occurring at different critical concentrations that depend on the identity of the compound. A pronounced superiority of the assembled structures compared with the monomers in solution was observed. Moreover, the catalytically active units, clustered on the macrocyclic tetrafunctional scaffold, were proved to efficiently cooperate in the catalytic mechanism and result in improved reaction rates compared to those of the monofunctional model compounds. The kinetic analysis is also integrated and corroborated with further experiments based on fluorescence spectroscopy and light scattering. The advantage of the supramolecular assemblies based on tetrafunctional calixarenes leads to believe that the active units can cooperate not only intramolecularly but also intermolecularly. The molecules in the aggregates can probably mold, flex and rearrange but, at the same time, keep an ordered structure that favors phosphodiester bond cleavage. This dynamic preorganization can allow the catalytic units to reach a better fitting with the substrates and perform a superior catalytic activity.
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Affiliation(s)
- Daniele Lisi
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università "Tor Vergata", Via della Ricerca Scientifica, 1, 00133, Roma, Italy
| | - Carlo Alberto Vezzoni
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università degli Studi di Parma, Parco Area delle Scienze, 17/A, 43124, Parma, Italy
| | - Alessandro Casnati
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università degli Studi di Parma, Parco Area delle Scienze, 17/A, 43124, Parma, Italy
| | - Francesco Sansone
- Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università degli Studi di Parma, Parco Area delle Scienze, 17/A, 43124, Parma, Italy
| | - Riccardo Salvio
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche, Università "Tor Vergata", Via della Ricerca Scientifica, 1, 00133, Roma, Italy.,ISB - CNR Sezione Meccanismi di Reazione, Università La Sapienza, 00185, Roma, Italy
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Salvio R, D'Abramo M. Conformational Mobility and Efficiency in Supramolecular Catalysis. A Computational Approach to Evaluate the Performances of Enzyme Mimics. European J Org Chem 2020. [DOI: 10.1002/ejoc.202001022] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/06/2023]
Affiliation(s)
- Riccardo Salvio
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” Via della Ricerca Scientifica 1 00133 Roma Italy
- ISB CNR Sezione Meccanismi di Reazione Università degli Studi di Roma La Sapienza 00185 Roma Italy
| | - Marco D'Abramo
- Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Roma La Sapienza P. le Aldo Moro 5 00185 Roma Italy
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Salvio R, Volpi S, Folcarelli T, Casnati A, Cacciapaglia R. A calix[4]arene with acylguanidine units as an efficient catalyst for phosphodiester bond cleavage in RNA and DNA model compounds. Org Biomol Chem 2019; 17:7482-7492. [DOI: 10.1039/c9ob01141b] [Citation(s) in RCA: 15] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/12/2023]
Abstract
Conjugated carbonyl units in a calixarene scaffold provide the right amount of flexibility for catalysis with a minimum entropic cost.
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Affiliation(s)
- Riccardo Salvio
- Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche
- Università “Tor Vergata”
- I-00133 Roma
- Italy
- ISB - CNR Sezione Meccanismi di Reazione
| | - Stefano Volpi
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università degli Studi di Parma
- 43124 Parma
- Italy
| | | | - Alessandro Casnati
- Dipartimento di Scienze Chimiche
- della Vita e della Sostenibilità Ambientale
- Università degli Studi di Parma
- 43124 Parma
- Italy
| | - Roberta Cacciapaglia
- ISB - CNR Sezione Meccanismi di Reazione
- Università La Sapienza
- 00185 Roma
- Italy
- Dipartimento di Chimica
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Salvio R, Casnati A. Guanidinium Promoted Cleavage of Phosphoric Diesters: Kinetic Investigations and Calculations Provide Indications on the Operating Mechanism. J Org Chem 2017; 82:10461-10469. [DOI: 10.1021/acs.joc.7b01925] [Citation(s) in RCA: 18] [Impact Index Per Article: 2.6] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/15/2022]
Affiliation(s)
- Riccardo Salvio
- Dipartimento
di Chimica and IMC - CNR Sezione Meccanismi di Reazione, Università La Sapienza, 00185 Roma, Italy
| | - Alessandro Casnati
- Dipartimento
di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università degli Studi di Parma, Viale delle Scienze 17/A, 43124 Parma, Italy
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Zhou YH, Chen LQ, Tao J, Shen JL, Gong DY, Yun RR, Cheng Y. Effective cleavage of phosphodiester promoted by the zinc(II) and copper(II) inclusion complexes of β-cyclodextrin. J Inorg Biochem 2016; 163:176-184. [DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2016.07.011] [Citation(s) in RCA: 13] [Impact Index Per Article: 1.6] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/26/2016] [Revised: 07/06/2016] [Accepted: 07/13/2016] [Indexed: 12/23/2022]
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Salvio R, Volpi S, Cacciapaglia R, Sansone F, Mandolini L, Casnati A. Upper Rim Bifunctional cone-Calix[4]arenes Based on a Ligated Metal Ion and a Guanidinium Unit as DNAase and RNAase Mimics. J Org Chem 2016; 81:4728-35. [DOI: 10.1021/acs.joc.6b00644] [Citation(s) in RCA: 20] [Impact Index Per Article: 2.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/30/2022]
Affiliation(s)
- Riccardo Salvio
- Dipartimento
di Chimica and IMC - CNR Sezione Meccanismi di Reazione, Università La Sapienza, 00185 Roma, Italy
| | - Stefano Volpi
- Dipartimento
di Chimica, Università degli Studi di Parma, Parco Area
delle Scienze 17/a, 43124 Parma, Italy
| | - Roberta Cacciapaglia
- Dipartimento
di Chimica and IMC - CNR Sezione Meccanismi di Reazione, Università La Sapienza, 00185 Roma, Italy
| | - Francesco Sansone
- Dipartimento
di Chimica, Università degli Studi di Parma, Parco Area
delle Scienze 17/a, 43124 Parma, Italy
| | - Luigi Mandolini
- Dipartimento
di Chimica and IMC - CNR Sezione Meccanismi di Reazione, Università La Sapienza, 00185 Roma, Italy
| | - Alessandro Casnati
- Dipartimento
di Chimica, Università degli Studi di Parma, Parco Area
delle Scienze 17/a, 43124 Parma, Italy
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