體外酶法催化是獲得糖鏈的有效策略之一，但糖酶通常穩(wěn)定性較差，在高溫及長時(shí)間反應(yīng)中易絮凝失活。固定化酶是增強(qiáng)酶催化工程屬性的有效手段，其中，金屬有機(jī)框架材料（metal?organic framework，MOF）因其高孔隙率、高穩(wěn)定性、高生物相容性的優(yōu)點(diǎn)，是固定化酶的優(yōu)良載體，能顯著提升酶在酸堿、高溫、有機(jī)溶劑等極端環(huán)境下的穩(wěn)定性。 與通過共沉淀法把酶包埋在微孔MOF中相比，將酶負(fù)載于孔徑較大的介孔MOF更有利于固定化酶在催化反應(yīng)中傳質(zhì)效率的提升。但介孔MOF的合成條件苛刻，通常需要強(qiáng)酸和高溫環(huán)境，不利于酶活性的保持，所以通過孔道負(fù)載法更為可靠。然而，大多數(shù)酶的尺寸都大于5 nm，但合成穩(wěn)定介孔MOF（孔徑≥ 2 nm）仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。因次，在MOF中創(chuàng)造缺陷是負(fù)載大尺寸酶的一種有效策略。 近期，南京大學(xué)袁帥教授和南京師范大學(xué)張幸教授合作，在一種穩(wěn)定的介孔MOF（PCN-333）中通過后修飾引入動(dòng)態(tài)配體來創(chuàng)造缺陷，從而拓展了PCN-333中孔籠介孔的窗口尺寸，實(shí)現(xiàn)了一系列尺寸大于5 nm的糖酶的高效負(fù)載與催化。 作者通過將PCN-333中穩(wěn)定的三嗪配體與不穩(wěn)定的硼醚配體進(jìn)行部分交換，合成了具有動(dòng)態(tài)硼醚鍵的PCN-333-TBTB。在吸附酶的過程中，硼氧鍵的解離平衡產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)缺陷，從而擴(kuò)大了PCN-333-TBTB的窗口和空腔尺寸。因此，這種方法不僅加快了小尺寸酶（Cyt C和HRP）的吸附動(dòng)力學(xué)，還能提高各種大尺寸糖酶的吸附量。
此外，PCN-333-TBTB在較大尺寸底物的酶催化反應(yīng)中也體現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。在固定化肝素合酶（Pasteurella multocida heparosan synthase 2，PmHS2）催化二糖轉(zhuǎn)化為三糖的反應(yīng)中，與微孔的ZIF-90相比，PmHS2@PCN-333-TBTB的催化效率和轉(zhuǎn)化率更高。 同時(shí)，該策略具有良好的通用性，作者利用PCN-333-TBTB實(shí)現(xiàn)了8種大尺寸糖酶（蔗糖合酶、尿苷二磷酸葡萄糖脫氫酶、N-乙酰氨基己糖激酶、葡糖胺-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶、肝素合酶、軟骨素合酶、唾液酸轉(zhuǎn)移酶、β1, 3-N-乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶）的高效負(fù)載，搭建了3套多酶共固定化級(jí)聯(lián)催化體系，成功合成了5種糖胺聚糖寡糖和2種母乳寡糖，催化轉(zhuǎn)化率均高于99%。作者還構(gòu)建了五種酶共固定化的體系，實(shí)現(xiàn)了從單糖一鍋法合成糖胺聚糖多糖，顯示了PCN-333-TBTB載體在大尺寸底物的催化反應(yīng)中優(yōu)勢(shì)。這些結(jié)果表明，PCN-333-TBTB 平臺(tái)具有多功能性、生物兼容性和高效性，可用于各種不穩(wěn)定的大尺寸酶。 綜上，該策略通過引入硼醚配體顯著增加了MOF中的動(dòng)態(tài)缺陷，從而加快了酶的吸附速度，提高了酶的負(fù)載量及其催化速度和轉(zhuǎn)化率，且可固定化的酶尺寸超過了MOF的固有孔徑。這一策略將拓寬MOF材料在酶和酶反應(yīng)中的應(yīng)用范圍，為酶固定化技術(shù)的新發(fā)展提供思路。 論文信息 Unlocking of Hidden Mesopores for Enzyme Encapsulation by Dynamic Linkers in Stable Metal-Organic Frameworks Meng Qiao, Youcong Li, Yanqi Li, Mengting Chang, Xing Zhang, Shuai Yuan 該文第一作者為南京師范大學(xué)的博士生喬夢(mèng)和南京大學(xué)的博士生李幼聰 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409951
