基于MOFs材料的生物大分子封裝研究新進(jìn)展發(fā)表于《Angew. Chem. Int. Ed.》
功能性生物大分子（e.g. DNA、蛋白質(zhì)的酶等）的固定可有效地提高生物大分子的生物活性和穩(wěn)定性, 并有助于模擬和控制生物催化反應(yīng)的進(jìn)程。金屬有機(jī)框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一種是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過(guò)配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，具有比表面積高、孔徑可調(diào)、組分多樣、表面易功能化等諸多優(yōu)點(diǎn)，是生物大分子固定的理想載體。
圖1. （A）金屬巰基蛋白富集金屬離子的示意圖；（B）半胱氨酸增強(qiáng)的仿生封裝原理
由于生物大分子易于降解和變性，目前基于MOFs的固定策略通常需要預(yù)先對(duì)MOFs孔道進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，通過(guò)滲透的方式將生物大分子固定于預(yù)先合成的MOFs孔道。這種常用的固定策略存在：1）加載效率低；2）構(gòu)象限制弱和3）依賴孔道尺寸等缺點(diǎn)。從頭合成的“一鍋封裝”策略（如仿生礦化）可有效地克服上述的缺點(diǎn)，但生物大分子的表面化學(xué)性質(zhì)影響MOFs在蛋白質(zhì)周圍的預(yù)先成核，決定了封裝的成功率。當(dāng)今，發(fā)展對(duì)生物大分子具有普遍適用性的高效封裝方法仍是挑戰(zhàn)。
鑒于此，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院歐陽(yáng)鋼鋒教授及其團(tuán)隊(duì)提出一種半胱氨酸增強(qiáng)的仿生封裝策略，可快速、高效地將不同表面化學(xué)性質(zhì)的蛋白質(zhì)和酶封裝在MOFs內(nèi)。這種增強(qiáng)的封裝策略靈感來(lái)源于生物體內(nèi)金屬巰基蛋白對(duì)金屬離子的富集作用，半胱氨酸，聚乙烯吡咯烷酮和蛋白質(zhì)形成類似于金屬巰基蛋白模型的自組裝體可促進(jìn)金屬離子在蛋白質(zhì)周圍富集，加速M(fèi)OFs的預(yù)先成核 （圖1）。研究發(fā)現(xiàn)封裝的蛋白質(zhì)和酶可維持其自然構(gòu)象，而MOFs保護(hù)層對(duì)酶的緊密結(jié)構(gòu)限制作用可大大提高酶在極端環(huán)境下（e.g. 水解試劑、高溫和化學(xué)溶劑等）的生物活性。最后，這種仿生的封裝策略在生物儲(chǔ)存、酶級(jí)聯(lián)催化和生物傳感等多方面的應(yīng)用也得到驗(yàn)證。相關(guān)研究成果以“A Convenient and Versatile Amino Acid‐Boosted Biomimetic Strategy for Nondestructive Encapsulation of Biomacromolecules within Metal−Organic Framework”為題發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊Angew. Chem. Int. Ed.上（Guosheng Chen, Siming Huang, Xiaoxue Kou, Songbo Wei, Shuyao Huang, Shuqi Jiang, Jun Shen, Fang Zhu and Gangfeng Ouyang*. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201813060），論文第一作者為陳國(guó)勝博士后，通訊作者為歐陽(yáng)鋼鋒教授。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21225731, 21477166, 21527813, 21677182 和21737006）等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813060
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