通过酶固定化克服黄素诱导的酒精脱氢酶失活

《Catalysis Science & Technology》：Overcoming flavin-driven inactivation of alcohol dehydrogenases through enzyme immobilization

通过构建阳离子聚合物层实现催化剂分区固定化，有效解决黄素介导的ADH失活问题，使异源氧化还原催化体系连续反应稳定性提升3倍，突破黄素酶耦合系统寿命瓶颈。

　　

黄素是一类有机催化剂，既可用作光催化剂，也可与醇脱氢酶（ADH）结合，作为辅因子再生系统用于醇的氧化反应。在之前的研究中，我们开发了一种受限的（有机）酶系统：其中ADH催化依赖NAD⁺的区域选择性二醇氧化反应，而FMN则利用分子氧作为电子受体来实现基态NAD⁺的再生。尽管这两种成分被共同固定在同一载体上，但在这种非均相混合催化剂间歇性使用时，黄素仍会导致ADH过早失活。通过实验和计算方法，我们研究了FMN是如何与ADH相互作用并引发其失活的。研究发现，黄素的异噁唑环和核糖基团通过非特异性结合破坏了ADH的四级结构，从而在界面处形成氧化微环境，使表面暴露的半胱氨酸残基发生氧化。通过使用阳离子聚合物层将黄素和ADH固定并分隔开来，我们提高了这种混合非均相催化剂的操作稳定性，使其在连续三个反应循环中都能保持最佳的氧化性能，超越了以往报道的依赖黄素的氧化系统。总体而言，这项研究表明，通过合理的固定方式实现催化剂的微区化可以克服黄素与脱氢酶之间的不相容性，从而实现化学催化剂和生物催化剂的协同集成，用于多种反应途径。