德國波鴻大學(xué)Wolfgang Schuhmann課題組利用氧化還原聚合物將半乳糖氧化酶（GalOx）固定在電極表面，使GalOx以介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的方式同電極進(jìn)行導(dǎo)電連接，發(fā)展了一種有效的異相生物電催化合成系統(tǒng)，在溫和的環(huán)境條件下實現(xiàn)了多種伯醇的催化氧化。
生物酶由于其催化效率高、區(qū)域或立體選擇性高、作用條件溫和等特點，在精細(xì)化工和制藥行業(yè)具有重要的應(yīng)用。GalOx是一種以銅離子為活性中心的酶，具有廣泛的底物耐受性，被用于以高立體選擇性地催化氧化伯醇為對應(yīng)的醛，O2分子作為其天然的電子受體（圖1A）。然而，利用O2再生GalOx的活性中心會產(chǎn)生H2O2，易造成GalOx的不可逆失活。因此，在使用GalOx進(jìn)行催化合成時，通常需要額外添加大量過氧化氫酶以催化分解H2O2。這雖然有助于保持GalOx的活性，但是增加了成本，并給后續(xù)分離過程帶來了困難。
圖1（A）GalOx活性中心的氧化還原過程示意圖。其活性中心由銅離子和酪氨酸自由基構(gòu)成。方框內(nèi)給出了GalOx催化伯醇氧化的反應(yīng)示例：半乳糖（天然底物）和甘油的轉(zhuǎn)化；(B)包埋在氧化還原聚合物中的GalOx以介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移方式催化伯醇生成羰基化合物的示意圖。 針對以上問題，Schuhmann課題組利用具有特定性質(zhì)和氧化還原電位的氧化還原聚合物將GalOx包埋，構(gòu)筑一個有效的電化學(xué)酶催化電極（圖1B）。氧化還原聚合物與GalOx交聯(lián)后形成導(dǎo)電凝膠，這樣既能將GalOx固定在電極表面，又能通過氧化還原媒介體的碰撞使GalOx同電極之間進(jìn)行電子傳遞，使得GalOx的活性位點能被電化學(xué)快速再生，而不再依賴于O2。因此，在一定的電位下，該體系實現(xiàn)了對伯醇底物的連續(xù)催化氧化，而不被環(huán)境中存在的O2影響。固定的酶催化劑可以方便地與反應(yīng)介質(zhì)分離，有利于后續(xù)分離過程的簡化或者工業(yè)應(yīng)用中的連續(xù)加工。該體系被成功用于甘油和5-羥甲基糠醛的生物電催化轉(zhuǎn)化研究。 論文信息 On the Mediated Electron Transfer of Immobilized Galactose Oxidase for Biotechnological Applications Prof.?Dr. Fangyuan Zhao, Ann Cathrin Brix, Anna Lielpetere, Prof.?Dr. Wolfgang Schuhmann, Dr. Felipe Conzuelo 文章第一作者為趙方園博士，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院教授。通訊作者為德國波鴻大學(xué)電化學(xué)科學(xué)中心的Wolfgang Schuhmann教授和Felipe Conzuelo博士，F(xiàn)elipe Conzuelo博士現(xiàn)任葡萄牙新里斯本大學(xué)安東尼奧·澤維爾化學(xué)與生物技術(shù)研究所研究員 Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202200868
