使过期酶“复活”的纳米材料

　　

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）