近日，我院武占省教授團隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF=9.5）發(fā)表了題為“Increasing multi-enzyme cascade efficiency and stability of MOF via partitioning immobilization”的研究論文。論文第一作者為石河子大學&西安工程大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生李潤澤，通訊作者為西安工程大學武占省教授，合作單位西北大學范代娣教授，第一和通訊單位西安工程大學。
多酶級聯(lián)催化被認為是解決稀有人參皂苷轉(zhuǎn)化周期長、轉(zhuǎn)化效率低的潛在方式，但其仍存在熱穩(wěn)定性差、無法重復利用的問題。提高多酶級聯(lián)反應的穩(wěn)定性是生物技術(shù)和化學領(lǐng)域的一項挑戰(zhàn)。該研究通過分層自組裝構(gòu)建了一個多酶分區(qū)固定平臺，實現(xiàn)MOF中多酶的按需固定。該策略被用于固定β-G和snailase以轉(zhuǎn)化稀有人參皂苷CK，顯示出驚人的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。通過建立底物擴散模型，研究了限域空間中底物在雙酶間的傳質(zhì)行為，評價了分區(qū)固定化策略的底物通道效應。分子動力學模擬顯示，在高溫和有機溶劑中，MOFs能有效限制級聯(lián)酶的構(gòu)象變化，同時擁有更大的活性口袋，這允許更高效的底物與酶分子對接。隨后以GOX和HRP為模型酶驗證了MOF分區(qū)固定策略用于級聯(lián)酶的普適性。
MOFs分區(qū)固定化多酶策略實現(xiàn)了β-G和snailase在單個MOFs內(nèi)有序空間定位，精確設(shè)計的分區(qū)MOFs結(jié)構(gòu)確保了多酶級聯(lián)反應中的底物通道效應，促進了級聯(lián)反應的高效運行，使人參皂苷CK的產(chǎn)量提高了1.26倍。此外，酶在分區(qū)MOFs中的精準定位可抑制底物的無序轉(zhuǎn)移，通過精確控制反應途徑，最大限度降低副反應，提高了催化選擇性。同時，MOFs分區(qū)固定化平臺為各種級聯(lián)反應體系提供了卓越的負載效率和構(gòu)象穩(wěn)定性，從而提高了固定化酶的整體性能和使用壽命。該研究為納米載體在生物催化領(lǐng)域的應用提供了理論指導。
