由于許多酶的反應速率強烈依賴于周圍的pH值，因此可通過在修飾電極上施加電勢來切換或調節(jié)電極固定酶的活性，從而產生不同于原始本體pH值的局部pH值。盡管電化學誘導的局部pH變化是電極固定化酶的可切換/可調活性變化的有效方法，但其缺點是需要連接到電源電線（電化學儀器或電池），這并不一個較為方便的方式。
因此，需要通過某種簡單方法來簡化局部pH變化以控制酶動力學，特別是在生物環(huán)境中。近期，Clarkson University的Evgeny Katz組利用酶產生的局部pH變化來切換固定在納米結構表面的酶的活性。這個新的方法是基于同時進行的兩個正交生物催化反應，兩個反應沒有共同的底物，也不包括在同一個生物催化級聯(lián)反應中。它們獨立進行，但其中一個反應的速率由另一個反應產生的pH值控制。
圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces
接著，利用固定化淀粉糖苷酶（AMG）和胰蛋白酶作為pH依賴的“目標酶”進行了研究。在該研究中，由共固定化脲酶或酯酶催化的反應分別增加或降低局部pH值，從而作為“促動酶”運行。這兩種酶，在生物催化反應方面，產生局部pH變化和隨著pH變化改變生物催化活性是正交的；然而，它們的操作與固定化酶在表面附近產生的局部pH值相耦合?！澳繕嗣浮保?/span>AMG和胰蛋白酶）通過施加輸入信號（尿素或酯、作為“促動酶”運行的脲酶或酯酶底物），并用背景溶液將其沖洗掉，在活性和非活性狀態(tài)之間可逆地改變。
圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces
總之，這種新開發(fā)的方法可實現(xiàn)幾種酶的可切換操作，其中一些在接收到“促動酶”處理的外部信號時被激活，而另一些則被抑制。具有分支生物催化級聯(lián)的更復雜系統(tǒng)可以通過激活選定路徑并改變最終輸出的正交生物催化反應來控制。
圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces
參考文獻：Switchable Biocatalytic Reactions Controlled by Interfacial pH Changes Produced by Orthogonal Biocatalytic Processes
ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13,33830?33839
原文作者：Paulina K. Wells, Oleh Smutok,* Artem Melman,* and Evgeny Katz*
