自组装纳米资料修建无辅因子的氧化模仿酶研讨获停顿

近日，中国迷信院国度迷信中间丁宝全课题组与施兴华、王会课题组，结合北京化工年夜学王振刚课题组、清华年夜学传授刘冬生，在生物分子自组装催化研讨范畴获得新停顿。相干研讨结果以Cofactor-free oxidase-mimetic nanomaterials from self-assembled histidine-rich peptides为题，在线揭橥在《天然-资料》上（Nature Materials，2020，DOI： 10.1038/s41563-020-00856-6）。

自然的氧化复原酶（如过氧化物酶、漆酶、葡萄糖氧化酶等）次要依附活性位点邻近准确排布的氨基酸残基和辅因子（Cofactor）互相协作高效地催化底物的氧化复原反响，个中辅因子关于电子传递起症结感化。但是，在情况升温或pH动摇时，跟着多肽链的解折叠，反响性氨基酸残基的空间排布产生改动，招致辅因子的移位、零落甚至集合，从而使酶弗成逆地掉活。

丁宝全课题组在自组装生物分子的功效化研讨方面已获得一系列停顿（Angewandte Chemie International Edition， 2018， 57， 15486； Nature Biotechnology， 2018， 3， 258； Nature Materials， 2020， DOI： 10.1038/s41563-020-0793-6）。基于酶催化道理和构造特色成长的超分子自组装为酶的从头设计与结构供给了无效门路，研讨人员在后期任务中经过DNA/多肽/多糖分子自组装构建出辅因子依附性的类酶活性位点（Chemistry-A European Journal， 2019， 25， 12576-12582； ACS Catalysis， 2018， 8， 7016-7024； ACS Nano 2017， 11， 7251-7258.）。关于辅因子依附的氧化酶或模仿酶而言，其能否能在缺少辅因子的情形下，仅依附分子组装和氨基酸残基的协作而完成催化功效，尚不清晰。

血红素卵白是一类以血红素（铁原卟啉）为辅因子的卵白。在过氧化物酶、血红卵白或一系列血红素模仿酶活性位点中，组氨酸残基作为配体或酸碱催化剂，可明显晋升血红素的催化活性。思索到组氨酸侧链咪唑的特征，科研人员设计出分歧长度的聚组氨酸肽（最短为二肽），以COO-和NH3+为末尾，经过氢键、电荷或许π-π聚积感化，组装构成了可至毫米级其余年夜尺寸片状单晶或许带状构造；在不含有血红素辅因子及金属时，表示出明显的催化H2O2氧化四甲基联苯胺（TMB）、高喷鼻草基酸（HVA）或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的活气。研讨零碎考核了自组装催化剂的构造和催化功效，发明聚组氨酸肽β-sheet二级构造（奉献氢键感化）、末尾基团（奉献静电感化）、侧链咪唑（奉献π-π聚积和氢键感化）协同增进多肽链规整陈列，构成晶体构造，后者决议了自组装资料的比催化活气（Vi per His），标明活气与组装的亲密关系。ICP-MASS、EDTA与金属/I-添加试验标明，催化剂的活气并非源于痕量金属或许I-。催化动力学、电子顺磁共振波谱和实际盘算成果标明，催化剂经过（010）晶面的组氨酸残基、以多重非共价互相感化吸附H2O2和TMB构成三元复合物，经过夺氢反响、超氧自在基OOH.构成、质子转移反响，生成水和TMB阳离子自在基，最初回到初始态。阅历10次甚至数百次的加热/冷却或许酸化/中和轮回后，该催化剂的活气没有丧失。活气的呼应性变更与组装构造的解离、重构对应，进一步证实活气与组装的联系关系；而含有血红素的自然酶或模仿酶在经由十个轮回处置后，活气均下降80%以上。研讨进一步将成纤多肽与聚组氨酸多肽化学偶连，引诱聚组氨酸构成纤维状构造，进步催化剂的比外表积使更多的组氨酸残基裸露于外表，可以将TOF（turnover frequency）进步一个数目级。该研讨无望为设计先辈的仿生催化资料供给新思绪。这些无辅因子的超分子催化资料也为原始酶供给了一种能够的设想模子；在性命来源前的庞杂情况里，无辅因子的多肽组装构造经由屡次掉活和活化将仍能够发扬催化功效。(100yiyao.com）