通讯作者：张媛媛；王博
通讯单位：北京理工大学
对酶的构象进行调控以优化其催化性能是固定化生物催化剂亟待解决的问题。共价有机框架(COFs)具有狭窄的通道和可调的孔隙环境，为酶的封装提供了一个有前途的平台。
基于此，北京理工大学王博教授团队采用共价固定的方法将酶(细胞色素C(Cyt c))固定在大小匹配的COFs通道内，并调整共价界面相互作用，显著提高宿主酶的稳定性和活性(相对于游离酶活性约600%)。
图1. Cyt. C在COFs封闭通道中的共价固定。在共价相互作用的调控下，血红素活性中心的可达性得到改善。
相关工作以“Enhancing Enzyme Activity by the Modulation of Covalent Interactions in the Confined Channels of Covalent Organic Frameworks”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图2. (a)固定化Cyt. C前后[OH]50%-TD-COF和[EP]40%-TD-COF的PXRD谱图和(b) FT-IR光谱图。(c) [OH]50%-TD-COF、[EP]40%-TD-COF和Cyt. C⊂[EP]40%-TD-COF的N2吸附等温线。(d) Cy5-NHS-Cyt. C的3D-CLSM谱⊂[EP]40%-TD-COF粒子。
要点1.细胞色素C(Cyt. C)是一种球状血红素蛋白，大小约为2.6 nm×3.0 nm×3.2 nm，其固有的过氧化物酶活性经常被紧密的蛋白质基质抑制，主要是α-螺旋，其中活性中心(亚铁血红素辅基)嵌入多肽链，并被阻止进入底物。因此，提高过氧化物酶活性需要蛋白质结构转变来打开血红素缝隙Cyt. C的大小相匹配,实现多点共价结合，(OH)-TD-COFs孔隙大小为3.3 nm和功能化与环氧树脂作为支持。
要点2.利用COFs可调的功能限制通道，作者研究了锚定站点密度以及由此产生的共价相互作用对酶的催化性能的影响。固定的Cyt.C的活性可以通过改变COF框架上锚定位点的数量来优化。结果表明，共价吸附的Cyt.C比游离的Cy.C和物理吸附的Cyt.C具有更好的活性和稳定性。
要点3.对固定化Cyt.C的结构分析表明，共价键可以诱导构象扰动，从而产生更多的活性位点。这种现象可能是由于共价相互作用和限制效应引起的酶构象的改变。
共价相互作用调制的有效性以及COFs的可定制受限通道为开发高性能生物催化剂提供了希望。
图3. (a)游离Cyt.C、Cyt.C@[OH]25%-TD-COF和Cyt.C⊂[EP]18%-TD-COF氧化ABTS的酶促反应动力学。(b) Cyt.C相对过氧化物酶活性⊂[EP]y%-TD-COF (y = 18、40和62)，Cyt.C含量相近(分别为8.7%、9.3%和8.9%)。(c)加热和有机溶剂处理后游离Cyt.C、Cyt.C@[OH]50%-TD-COF和Cyt.C⊂[EP]40%-TD-COF酶活性的保留情况。(d) H2O2浓度对游离Cyt.C、Cyt.C@[OH]50%-TD-COF和Cyt.C⊂[EP]40%-TD-COF活性的影响曲线。
图4. (a) Cyt.C和(b) Cyt.C⊂[EP]40%-TD-COF的ATR-FITR光谱的二阶导数。(c) Cyt.C和(d) Cyt.C⊂[EP]40%-TD-COF的ATR-FITR光谱的酰胺Ⅰ带峰拟合。阴影颜色：β-turn，灰色；α螺旋，橙色；无规卷曲，粉色；β片，蓝色；分子间β片，绿色。(e) Cyt.C，[EP]40%-TD-COF, Cyt.C@[OH]50%-TD-COF和Cyt.C⊂[EP]40%-TD-COF的远紫外CD光谱。(f) Cyt.C和Cyt.C⊂[EP]18%-TD-COF的EPR光谱。
链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202201378
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