Chem. Eur. J. ：依靠介导电子转移的固定半乳糖氧化酶的生物技术应用

德国波鸿大学Wolfgang Schuhmann课题组利用氧化还原聚合物将半乳糖氧化酶（GalOx）固定在电极表面，使GalOx以介导电子转移的方式同电极进行导电连接，发展了一种有效的异相生物电催化合成系统，在温和的环境条件下实现了多种伯醇的催化氧化。

生物酶由于其催化效率高、区域或立体选择性高、作用条件温和等特点，在精细化工和制药行业具有重要的应用。GalOx是一种以铜离子为活性中心的酶，具有广泛的底物耐受性，被用于以高立体选择性地催化氧化伯醇为对应的醛，O₂分子作为其天然的电子受体（图1A）。然而，利用O₂再生GalOx的活性中心会产生H₂O₂，易造成GalOx的不可逆失活。因此，在使用GalOx进行催化合成时，通常需要额外添加大量过氧化氢酶以催化分解H₂O₂。这虽然有助于保持GalOx的活性，但是增加了成本，并给后续分离过程带来了困难。

图1（A）GalOx活性中心的氧化还原过程示意图。其活性中心由铜离子和酪氨酸自由基构成。方框内给出了GalOx催化伯醇氧化的反应示例：半乳糖（天然底物）和甘油的转化；(B)包埋在氧化还原聚合物中的GalOx以介导电子转移方式催化伯醇生成羰基化合物的示意图。

针对以上问题，Schuhmann课题组利用具有特定性质和氧化还原电位的氧化还原聚合物将GalOx包埋，构筑一个有效的电化学酶催化电极（图1B）。氧化还原聚合物与GalOx交联后形成导电凝胶，这样既能将GalOx固定在电极表面，又能通过氧化还原媒介体的碰撞使GalOx同电极之间进行电子传递，使得GalOx的活性位点能被电化学快速再生，而不再依赖于O₂。因此，在一定的电位下，该体系实现了对伯醇底物的连续催化氧化，而不被环境中存在的O₂影响。固定的酶催化剂可以方便地与反应介质分离，有利于后续分离过程的简化或者工业应用中的连续加工。该体系被成功用于甘油和5-羟甲基糠醛的生物电催化转化研究。

论文信息

On the Mediated Electron Transfer of Immobilized Galactose Oxidase for Biotechnological Applications

Prof. Dr. Fangyuan Zhao, Ann Cathrin Brix, Anna Lielpetere, Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Dr. Felipe Conzuelo

文章第一作者为赵方园博士，现任中国矿业大学化工学院教授。通讯作者为德国波鸿大学电化学科学中心的Wolfgang Schuhmann教授和Felipe Conzuelo博士，Felipe Conzuelo博士现任葡萄牙新里斯本大学安东尼奥·泽维尔化学与生物技术研究所研究员

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202200868