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中國科技網:MOFs“崩解劑”:晶態多孔材料助力高性能生物催化劑創制
来源: 中国科技网发稿时间:2020-06-29 20:48

陈曦 通讯员 吴军辉

  酶,因其高效專一的催化特性廣泛應用于醫藥、食品、輕工等領域。高性能酶制劑的創制是實現綠色生物制造和可持續發展的“發動機”。然而,酶在催化過程中常常需要金屬離子等激活劑的參與,這也極大影響了酶的穩定性和效能的發揮。如何高效利用激活劑的同時,實現酶的穩定化,是酶制劑領域的關鍵科學問題。

  2019香蕉在线观看直播药学院、药物化学生物学国家重点实验室双聘研究员陈瑶课题组,提出了一个全新的解决方案。他们将金属激活剂与酶通过原位共组装创制了新一代晶态酶制剂平台,在实现激活剂对酶的精准高效激活的同时,让酶更加稳定,大大提高了生物催化效率和可操作性。日前,介绍该工作的论文发表于国际学术期刊《德国应用化学》。

  圖片說明:論文截圖

  由于激活劑與酶的接觸、與反應體系相容性、傳質和環境等因素的影響,直接在生物催化體系中添加金屬離子等激活劑,酶的催化效能常常不盡如人意。此外,酶的較弱穩定性也是阻礙其工業化應用的關鍵因素之一。傳統酶制劑在制備過程中爲了穩定蛋白構象常引入大量各類添加劑,易導致酶制劑純度和活性下降,還會帶來制備過程操作複雜和成本提高的問題。如何克服上述挑戰,開發新型高效的酶制劑技術,具有重要意義。

  陳瑤課題組利用金屬激活劑(Mn2+、Co2+、Zn2+、Ni2+)、方酸配體與酶,在室溫水相中自組裝形成固體晶態的酶@MOFs複合物。MOFs是金屬有機骨架化合物的英文簡稱,通過粉末衍射、紅外及激光共聚焦顯微鏡等技術手段,證實酶可以高效快捷的負載到MOF中,並呈現出規律性的分布。

  圖片說明:新型酶制劑制備策略與直接添加激活劑的對比

  MOFs不僅在酶周圍形成了規則的保護層,且其中的金屬激活劑可以均勻分布在酶周圍。所合成MOFs的良好溶解性使其在酶催化過程中充當“崩解劑”,同時,向反應體系中釋放酶和激活劑,在共釋放過程中二者得以充分接觸而激活酶分子。

  圖片說明:酶@MOFs複合物的表征

  “這種新型酶制劑活力可達天然酶的2.5倍以上。而直接向酶催化體系中加入相同量金屬激活劑、配體或MOFs,均未發現明顯激活效果。”陳瑤介紹,由于酶包覆在MOFs中的“鄰近效應”,這種新穎的崩解型MOFs制劑在生物催化過程中可以充當“離子泵”,爲酶提供可充分接觸的激活劑離子,從而高效激活酶分子。

  “我們的新型酶制劑平台具有很好的普適性、操作簡便、無需額外添加助劑,並有望實現針對不同酶分子的定制化酶制劑創制,用于酶的便捷儲運和使用。”陳瑤說。

  (圖片由受訪者提供)

  

編輯:喬仁銘

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