功能性生物大分子（e.g. DNA、蛋白質(zhì)的酶等）的固定可有效地提高生物大分子的生物活性和穩(wěn)定性, 并有助于模擬和控制生物催化反應(yīng)的進(jìn)程。金屬有機(jī)框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一種是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過(guò)配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，具有比表面積高、孔徑可調(diào)、組分多樣、表面易功能化等諸多優(yōu)點(diǎn)，是生物大分子固定的理想載體。

（A）金屬巰基蛋白富集金屬離子的示意圖 （B）半胱氨酸增強(qiáng)的仿生封裝原理

由于生物大分子易于降解和變性，目前基于MOFs的固定策略通常需要預(yù)先對(duì)MOFs孔道進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，通過(guò)滲透的方式將生物大分子固定于預(yù)先合成的MOFs孔道。這種常用的固定策略存在加載效率低、構(gòu)象限制弱和依賴孔道尺寸等缺點(diǎn)。從頭合成的“一鍋封裝”策略（如仿生礦化）可有效地克服上述缺點(diǎn)，但生物大分子的表面化學(xué)性質(zhì)影響MOFs在蛋白質(zhì)周圍的預(yù)先成核，決定了封裝的成功率。當(dāng)今，發(fā)展對(duì)生物大分子具有普遍適用性的高效封裝方法仍是挑戰(zhàn)。

鑒于此，我校化學(xué)學(xué)院歐陽(yáng)鋼鋒教授及其團(tuán)隊(duì)提出一種半胱氨酸增強(qiáng)的仿生封裝策略，可快速、高效地將不同表面化學(xué)性質(zhì)的蛋白質(zhì)和酶封裝在MOFs內(nèi)。這種增強(qiáng)的封裝策略靈感來(lái)源于生物體內(nèi)金屬巰基蛋白對(duì)金屬離子的富集作用，半胱氨酸，聚乙烯吡咯烷酮和蛋白質(zhì)形成類似于金屬巰基蛋白模型的自組裝體可促進(jìn)金屬離子在蛋白質(zhì)周圍富集，加速M(fèi)OFs的預(yù)先成核 （見(jiàn)上圖）。研究發(fā)現(xiàn)封裝的蛋白質(zhì)和酶可維持其自然構(gòu)象，而MOFs保護(hù)層對(duì)酶的緊密結(jié)構(gòu)限制作用可大大提高酶在極端環(huán)境下（e.g. 水解試劑、高溫和化學(xué)溶劑等）的生物活性。最后，這種仿生的封裝策略在生物儲(chǔ)存、酶級(jí)聯(lián)催化和生物傳感等多方面的應(yīng)用也得到驗(yàn)證。相關(guān)研究成果以“A Convenient and Versatile Amino Acid‐Boosted Biomimetic Strategy for Nondestructive Encapsulation of Biomacromolecules within Metal?Organic Framework”為題發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊Angew. Chem. Int. Ed.上（Guosheng Chen, Siming Huang, Xiaoxue Kou, Songbo Wei, Shuyao Huang, Shuqi Jiang, Jun Shen, Fang Zhu and Gangfeng Ouyang*. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201813060），論文第一作者為陳國(guó)勝博士后，通訊作者為歐陽(yáng)鋼鋒教授。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21225731, 21477166, 21527813, 21677182 和21737006）等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813060