高效催化性能的酶體系在生物傳感器，合成化學(xué)，生物技術(shù)，生物燃料，醫(yī)學(xué)，及許多其他工業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)被廣泛的研究和報(bào)道。將酶與材料結(jié)合，賦予材料生物活性，并同時(shí)提高酶的性能（例如良好的催化效率，高穩(wěn)定性和易于回收），是實(shí)現(xiàn)酶高效率催化的重要手段。近年來(lái)，高分子載體、納米材料、微膠囊、水凝膠、介孔硅酸鹽材料的應(yīng)用在推動(dòng)酶高效催化方面取得了重要進(jìn)展。盡管如此，在構(gòu)建酶催化體系領(lǐng)域內(nèi)仍存在酶體系催化活性低、回收利用困難等問(wèn)題。克服上述不利因素是異常困難的，因?yàn)殚L(zhǎng)期以來(lái)，構(gòu)建酶的天然三維微環(huán)境都極具挑戰(zhàn)，上述材料都不能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在對(duì)酶的微環(huán)境的研究中發(fā)現(xiàn)，組成酶的氨基酸模塊在空間的精準(zhǔn)排列，是實(shí)現(xiàn)高效催化性能的關(guān)鍵，酶催化活性位點(diǎn)的微環(huán)境由這些模塊的固有手性決定。雖然手性對(duì)于酶催化的三維微環(huán)境至關(guān)重要，但三維仿生手性微環(huán)境對(duì)酶的影響尚不清楚。因此，如何構(gòu)筑三維手性微環(huán)境平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)酶的高效催化、高穩(wěn)定性、易于回收和再利用就越發(fā)重要。
近日，受天然酶微環(huán)境啟發(fā)，我院老師孫萌報(bào)道了一種具有高效催化酯類化合物水解的手性酶固定化體系，通過(guò)模擬酶的天然催化微環(huán)境，增強(qiáng)生物催化性能。結(jié)果表明，微環(huán)境的手性顯著影響系統(tǒng)內(nèi)固定化脂肪酶的催化效率，與非手性的微環(huán)境比，由右手螺旋納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的三維微環(huán)境可以提高脂肪酶的催化活性高達(dá)10倍，降低脂肪細(xì)胞甘油三酯的水平可達(dá)1.4倍。此外，該三維手性微環(huán)境還具有催化效率高、存儲(chǔ)穩(wěn)定性高、可高效回收等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)和構(gòu)筑高效酶催化體系提供了一個(gè)有效的策略，將克服目前酶固定化在傳統(tǒng)材料應(yīng)用中的局限性，提高對(duì)生物催化的理解。
相關(guān)研究成果以“Three-Dimensional Chiral Supramolecular Microenvironment Strategy for Enhanced Biocatalysis”為題發(fā)表在ACS Nano（IF:15.881）上（https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c05212）。
除得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助外，該工作還得到了河南省科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目(212102311109)及河南省高校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(21A430032)的資助。
