Chem. Comm. | 基于适配体修饰构建具有底物选择性的纳米酶

以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者Nanozymes

纳米酶因具有易制备、成本低、稳定性高等优点，在分子传感、环境治理和体内诊疗等领域受到越来越多的关注。然而与天然酶相比，纳米酶的底物选择性差仍是其应用中面临的一大挑战，这是因为纳米材料的结构和化学组成相对简单，难以形成如天然酶的精巧底物特异性结合口袋，往往只能通过所暴露的催化位点进行非选择性催化。

近日，天津大学王梦凡教授课题组开发了一种具有特定底物选择性催化能力的纳米酶UiO-66-APT。这种纳米酶将有机磷农药对氧磷（PXN）的适配体作为底物PXN的特异性结合位点，共价修饰于UiO-66基纳米酶的表面，而UiO-66上的Zr6簇则为PXN磷酸酯键的水解提供催化位点。由此获得的UiO-66-APT表现出了对PXN增强型的水解催化能力，而对其它羧酸酯及有机磷类底物的催化能力则被抑制。这种特异性增强的催化活性是由于PXN适配体能够特异性识别和捕获目标底物PXN，在催化位点周围可达到更高的PXN局部浓度；而非目标底物更易被适配体的排阻效应影响，造成更低的局部浓度。因此，经过适配体修饰后的UiO-66-APT表现出了对PXN较明显的催化选择偏好（如图1所示）。

图1.（a）三种适配体修饰模式下的UiO-66-APT示意图；（b, c）UiO-66-APT对PNPP（b） 和PXN（c）的水解反应速率；（d）UiO-66-APT对PXN选择性催化的机理示意图；（e, f）6种水解底物的分子式（e）及UiO-66-APT对这些底物的催化水解能力（f）。

此外，作者基于计算机模拟探讨了适配体在纳米酶上不同的结合模式对于水解PXN能力的影响。由于适配体是一种柔性生物大分子，当适配体以较舒展的模式连接于催化剂表面时，更易于结合目标底物，从而体现出较高的催化能力；而当适配体蜷缩在催化剂表面，导致底物结合位点被掩埋，这种情况不利于获得局部较高的底物浓度，催化能力会有所下降。通过分子模拟获得的底物与催化位点中心之间的统计平均距离差异也验证了上述分析（如图2所示）。

这项工作为构建底物选择性高的人工合成催化剂提供了一种新思路，通过合理设计及筛选高特异性的适配体，可以针对特定的底物或反应，开发出新颖高效的纳米酶，从而拓宽催化应用范围。

图2.（a）PXN适配体的二级和三级结构；（b）三种适配体修饰模式下的UiO-66-APT计算机模拟结果；（c）通过模拟计算得到的PXN底物分子与中心催化位点之间的统计平均距离。

该工作以“Aptamer-modified Zr-MOFs to construct nanocatalysts with engineered specificity toward paraoxon”为题发表在国际学术期刊Chemical Communication。该文第一作者为天津大学化工学院硕士生操婷伟，通讯作者为生命科学学院王梦凡教授。

转自：“NANO学术”微信公众号

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