酶作為生命系統(tǒng)中一種高效、多功能的生物催化劑，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)/食品/紡織加工、生物傳感器等領(lǐng)域。然而，酶的固有缺點(diǎn)，低操作穩(wěn)定性、低可回收性、對(duì)大多數(shù)有機(jī)溶劑和許多金屬離子的低耐受性，在很大程度上限制了它們的進(jìn)一步發(fā)展。選擇合適的載體提高酶的活性和穩(wěn)定性得到各界的極大關(guān)注。
近日，洛陽師范學(xué)院馬錄芳教授課題組以經(jīng)典金屬-有機(jī)框架材料—沸石咪唑骨架-8 (ZIF-8)為載體，以金屬離子作為錨點(diǎn)對(duì)ZIF-8納米顆粒進(jìn)行修飾，進(jìn)一步通過靜電作用力對(duì)帶有負(fù)電荷的胃蛋白酶（PEP）進(jìn)行固載。
ZIF-8因其原料廉價(jià)、制備簡單、無毒等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是理想的酶載體。盡管酶-ZIF-8復(fù)合物的組裝（括原位包封、孔滲透和表面固定）已經(jīng)取得了一些研究成果，但真正理解ZIF-8環(huán)境（表面或孔隙化學(xué)）如何影響酶的結(jié)構(gòu)和活性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。受ZIF-8小孔徑和疏水表面的影響，對(duì)于一些較大的或親水的底物，酶-ZIF-8復(fù)合體系很難發(fā)揮其活性。同時(shí)，直接負(fù)載到ZIF-8的疏水表面還能引起酶結(jié)構(gòu)的變化。 在ZIF-8的合成過程中，過量的2-甲基咪唑可以使ZIF-8表面產(chǎn)生缺陷。結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ZIF-8表面被脫去質(zhì)子的2-甲基咪唑所修飾。而具有強(qiáng)電負(fù)性的2-甲基咪唑能夠與金屬離子配位，使ZIF-8帶正電荷。進(jìn)而通過靜電作用力對(duì)帶負(fù)電荷的PEP進(jìn)行有效的負(fù)載。在所選的金屬離子中（Ni2+, Co2+, Cu2+, Fe3+），Ni2+對(duì)ZIF-8和PEP具有較大的結(jié)合常數(shù)，而且還不會(huì)對(duì)它們的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。 最終，利用電化學(xué)析氧反應(yīng)(OER)對(duì)固載PEP的催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)表面修飾后的酶固載（ZIF-8@PEP-Ni）在10 mA·cm-2 電流密度的過電位僅為127 mV，遠(yuǎn)低于相同條件下單一PEP（919 mV·cm-2）和直接酶固載ZIF-8@PEP（690 mV·cm-2）的過電位。同時(shí)，ZIF-8@PEP-Ni復(fù)合物在長時(shí)間的測(cè)試中仍能保持高的穩(wěn)定性和催化活性。該項(xiàng)工作為高效酶固載研究提供了一種新的思路。 論文信息 EnhancedActivity of Enzyme Immobilized on Hydrophobic ZIF-8 Modified by Ni2+Ions Xiao-Gang Yang, Ji-Rui Zhang, Xu-Ke Tian, Jian-Hua Qin, Xin-Ya Zhang, Lu-Fang Ma 文章第一作者為洛陽師范學(xué)院的楊曉剛副教授，通訊作者為楊曉剛副教授和馬錄芳教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202216699
