中大新聞網(wǎng)訊（通訊員黃維）天然酶是一類(lèi)具有催化活性的天然聚合物，通過(guò)綠色、溫和、高效的方式催化細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，具有人工催化劑無(wú)法比擬的高效率。然而，酶的柔性構(gòu)象在外界刺激下極易發(fā)生變化，極大地限制了酶的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。利用多孔超分子“盔甲”對(duì)天然酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束、保護(hù)是設(shè)計(jì)多功能雜化生物催化劑的有效手段，既能解決酶的穩(wěn)定性問(wèn)題，又能提高酶的可重復(fù)性。盡管該領(lǐng)域已取得了系列進(jìn)展，但多孔超分子框架的結(jié)晶往往需要苛刻的條件，如何實(shí)現(xiàn)在生物相容條件下原位裝配超分子晶體“盔甲”仍是技術(shù)難點(diǎn)。
圖1. 綠色超分子組裝策略示意圖
基于此，中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳國(guó)勝副教授和歐陽(yáng)鋼鋒教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種溫和、綠色的自下而上制備雜化生物催化劑的超分子策略,可以簡(jiǎn)單、高效地合成氫鍵有機(jī)框架（HOF）雜化生物催化劑。本研究選用具有四個(gè)甲酸臂的c2對(duì)稱芘結(jié)構(gòu)（1,3,6,8-四羧基芘，H4TCPy）作為超分子構(gòu)建模塊（圖1）。修飾的甲酸臂使芘結(jié)構(gòu)體在微量有機(jī)溶劑中具有高分散性，并允許在幾乎無(wú)有機(jī)溶劑的水溶液中，將離散的芘結(jié)構(gòu)體通過(guò)羧酸二聚作用在酶表面形成多孔超分子氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種空間整合充分利用了天然酶的催化活性和高結(jié)晶框架的約束效應(yīng)，并證明了這種綠色方法設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的生物催化劑的實(shí)用性。此外，HOF共平面的芘核提供了強(qiáng)大的層間π-π相互作用，使雜化生物催化劑在較寬的pH范圍內(nèi)穩(wěn)定。這種結(jié)構(gòu)明確、孔通道排列有序的HOF“盔甲”可以具有門(mén)控作用用于篩選催化底物，從而提高生物催化選擇性，同時(shí)也可以提高酶在非生理環(huán)境下的穩(wěn)定性。基于這些特性，本研究進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了基于超分子生物催化劑的電化學(xué)免疫傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)癌癥標(biāo)志物的超靈敏檢測(cè)。這項(xiàng)工作克服了使用天然酶進(jìn)行生物催化的常見(jiàn)穩(wěn)定性和選擇性問(wèn)題，并為獲得不同應(yīng)用的高效雜交生物催化劑提供了新的見(jiàn)解。該研究成果發(fā)表在國(guó)際知名綜合期刊Nature Communications上，題目為“Green synthesis of stable hybrid biocatalyst using a hydrogen-bonded, π-π-stacking supramolecular assembly for electrochemical immunosenso”。
中山大學(xué)陳國(guó)勝副教授和歐陽(yáng)鋼鋒教授為論文通訊作者，2021級(jí)博士研究生黃維為論文第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助；中山大學(xué)分析測(cè)試中心和南方科技大學(xué)冷凍電鏡中心在相關(guān)測(cè)試方面給予大力支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39364-x
