-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
使过期酶“复活”的纳米材料
【字体: 大 中 小 】 时间:2006年12月01日 来源:生物通
编辑推荐:
生物通报道:美国能源部:西北太平洋国家实验室 (Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)研究人员发现将无活性的酶植入微小的蜂巢状硅胶小孔后,可以恢复这些酶的活性。
生物通报道:美国能源部:西北太平洋国家实验室 (Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)研究人员发现将无活性的酶植入微小的蜂巢状硅胶小孔后,可以恢复这些酶的活性。
研究人员是在一次挽救冰箱中早已过期的酶时获得这项发现的,当将这些本该早已失效的酶植入一种叫做functionalized mesoporous silica(FMS)的纳米材料后,酶重新恢复了功能。食品加工、净化、生物传感器设计等需要控制催化剂并维持催化剂活性,此发现为开发这种enzyme traps在的这些研究中的使用价值开辟了新道路。
文章第一作者、PNNL首席科学家Eric Ackerman说,理论上可以认为酶在细胞中的活性比在溶液中的活性更高,是因为在细胞中,酶被其它生物分子包围,其浓度是标准生物实验室条件下的1000-10000倍。“这种拥挤现象也许有助于维持酶的活性。”文章刊登于11月28日《Nanotechnology》杂志。
这种硅胶螺旋成的FMS小孔,与细胞的拥挤度相仿。Ackerman与论文第一作者雷呈宏(Chenghong Lei,音译)等认为拥挤现象会导致展开的、自由漂浮的蛋白重新折叠,向上折起,恢复活性,一秒钟内能够催化上千种反应。
这种硅胶enzyme traps的制作方法与众不同。一般方法是将材料和酶混合为一粗糙的混合液,会导致酶的活性不可逆地被削弱酶。此方法首先是制造FMS,然后将酶系缚其上,避免影响酶的活性。
研究人员向这些硅胶小孔添加各种混合物,使其获得“功能”。混合物含有氨基基团(Amino Groups)和羧基基团(carboxyl groups),氨基和羧基基团携带的电荷与三种常见的生物催化剂——葡萄糖氧化酶(glucose oxidase ,GOX)、葡萄糖异构酶(glucose isomerase ,GI)和有机磷水解酶(organophosphorus hydrolase ,OPH)所携带的电荷相反。
溶液中的酶是伸展的,浮动的,如同水中的拖把头。当酶被压缩进小孔后,会被带相反电荷的FMS吸引到特定位点,在小孔中形成活性形式。此enzyme traps现可用于商业,溶液中的物质与小孔中的酶接触后被催化为目的产品。比如GI将葡萄糖转化为果糖,酶活性的标准检测证实FMS-GI生产果糖,比溶液中的酶更有效。OPH活性加倍,GOX活性变化范围从30-160%不等,提示酶在小孔中的定位很关键。Ackerman说某些情况下,需要与底物接触的酶的活性位点会朝向错误的方向,与小孔的壁紧密接触。
为了研究被捕获入FMS小孔的酶,研究人员用金纳米粒对蛋白-FMS复合体着色,并在电镜下进行观察。光谱分析被折叠为活性形式的酶,发现没有新的折叠方式,它们只是整洁地折叠,而不是被简单强行挤入小孔。
Ackerman说这项新发现与无细胞技术(cell-free techniques,利用细胞成分在一天内制造数百种人工设计的酶)相结合,可以加快研究特定作用的酶的步伐,在以酶为基础的分子机制上,研究“执行产能或者调节有毒污染物等复杂生物反应的纳米材料(生物通记者 小粥)