Angew. Chem. ：酶表面残基诱导的金属有机框架晶型调控与酶活性强化

酶固定化技术是生物催化工业化的核心环节，而金属有机框架（MOFs）因其可编程的孔道结构等特性，成为固定化酶的理想载体。近年来模板导向合成法通过酶表面氨基、羧基等基团与MOFs前驱体的定向结合，实现了酶分子的高负载封装。然而，如何进一步利用酶-MOFs界面相互作用，同步优化封装效率与酶活性，仍是该领域的关键科学问题。

近日，上海科技大学的卓联洋课题组提出了一种创新导向合成MOFs封装酶策略，通过精准调控酶表面残基，改变酶-MOFs界面相互作用，实现MOF晶体结构转变。该策略可同步实现酶分子的高效封装及活性精准调控，并在多种功能蛋白体系中验证了其普适性，为酶-MOF复合材料的理性设计提供了新思路。值得一提的是作者也法展出简易酶表面残基调控手段，利用高分子聚合物修饰酶表面，调控酶表面残基暴露。

采用阳离子聚合物PDDA作为修饰剂，通过静电作用结合细胞色素c（Cyt c）表面的羧基位点，促使表面含氮基团密度显著增加并改变其zeta电位，最终获得氮富集型Cyt c-N。以Cyt c-N为结构导向模板调控MOFs合成过程，成功诱导ZIF-L二维层状结构的形成；对比实验表明，无模板条件下仅生成常规ZIF-8晶体。

催化活性测试表明，Cyt c-N@ZIF-L相较于天然Cyt c的比活性提升1.9倍，而Cyt c-N跟于天然Cyt c差异不大，单独使用ZIF-L或PDDA在反应中没有催化活性，证实当Cyt c-N被包封到MOF中时，增强了Cyt c的活性。红外光谱分析揭示其α-螺旋含量降低（游离态为18.42%→复合体6.91%），表明蛋白质二级结构发生构象重排，导致活性中心暴露度显著增加。机制解析表明，修饰引入的含氮基团与MOFs前驱体间的配位作用，使得α螺旋二级结构解旋，定向调控了活性位点的空间可及性，因此改变了Cyt c的活性。

表面修饰除了可精细调节Cyt c-MOFs界面配位环境控制活性位点暴露度，调节Cyt c活性，进一步将该策略拓展至其他数种常见的酶或蛋白质中，发现对不同分子量及不同等电点的蛋白进行表面修饰之后均可诱导MOF结构转变，相较于传统一锅法封装策略，酶负载量普遍提升，充分验证了该策略的普适性。

该研究通过酶表面工程化修饰，揭示了酶蛋白质残基介导的ZIF-8向ZIF-L拓扑转变机制，提供了兼具高负载量与高活性MOF复合MOF催化体系的一种普适策略。

论文信息

Enzyme Surface Residues Direct Encapsulation into Metal–Organic Frameworks for Performance Regulation

Mengyao Wu, Yuexin Du, Hui Xu, Xiehaoran Zhang, Jialong Ma, Ao Li, Prof. Lien-Yang Chou

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202423741