晶态多孔材料助力高性能生物催化剂创制

酶因其高效、特异的催化性能而广泛应用于医药、食品、轻工等领域。高性能酶制剂的打造也是实现绿色生物制造和可持续发展的“引擎”。然而酶在催化过程中往往需要金属离子等激活剂的参与，这也极大地影响了酶的稳定性和效率。如何在稳定酶的同时高效利用激活剂是酶制剂领域的关键科学问题。

近日，南开大学药学院和药物化学生物学国家重点实验室双聘研究员陈瑶研究团队提出了全新的解决方案。他们通过金属活化剂和酶的原位共组装创建了新一代结晶酶制备平台。在通过激活剂实现酶精确高效激活的同时，还实现了酶的稳定化，大大提高了生物催化效率和可操作性。一篇描述这项工作的论文已发表在《德国应用化学》上。

新型酶制剂与直接添加活化剂的制备策略比较

由于活化剂与酶的接触、与反应体系的相容性、传质、环境等因素的影响，直接在生物催化中添加金属离子等活化剂时，酶的催化性能往往不理想。系统。此外，酶的稳定性差也是阻碍其工业化应用的关键因素之一。传统酶制剂的制备过程中，为了稳定蛋白质构象，往往会引入大量的各种添加剂，这很容易导致酶制剂的纯度和活性下降，同时也会带来复杂的问题。制备过程和增加的成本。如何克服上述挑战，开发新型高效酶制剂技术具有重要意义。

陈耀课题组利用金属活化剂（Mn2+、Co2+、Zn2+、Ni2+）、方酸配体和酶在室温水相中自组装形成固体结晶酶@MOFs复合物（MOFs是金属有机骨架化合物）缩写）。通过粉末衍射、红外和激光共聚焦显微镜等技术手段证实酶能够高效、快速地负载到MOF中，并呈现规则分布。

MOF不仅在酶周围形成规则的保护层，而且其中的金属活化剂可以均匀分布在酶周围。合成的MOFs良好的溶解度使其能够在酶催化过程中充当“崩解剂”。同时，酶和活化剂被释放到反应体系中。在共释放过程中，两者充分接触，激活酶分子。

“这种新型酶制剂的活性可达到天然酶的2.5倍以上。当等量的金属活化剂、配体或MOF直接添加到酶催化体系中时，没有发现明显的活化效果。” 陈耀表示，由于酶包被覆盖在MOFs中的“邻近效应”，这种新型崩解性MOF制剂可以在生物催化过程中充当“离子泵”，为酶提供完全可接近的激活剂离子，从而高效激活酶分子。

“我们的新型酶制剂平台非常通用，易于操作，并且不需要添加额外的添加剂，有望能够针对不同的酶分子创建定制的酶制剂，方便酶的储存、运输和使用。” 陈瑶说道。