文献分享酶的构象影响脂酶驱动的纳米马达的 [复制链接]

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大家好，今天和大家分享的是年8月发表在AngewandteChemieInternationalEdition上面的文章，题目为“EnzymeConformationInfluencesthePerformanceofLipase-poweredNanomotors”本文的通讯作者为巴塞罗那理工学院加泰罗尼亚生物工程研究所的SamuelSánchez。

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酶驱动的微/纳米电机在各个领域都有巨大的应用潜力，但催化过程如何影响纳米马达的运动性能这一根本问题仍不清楚。作者通过实验和分子动力学(MD)模拟研究了脂肪酶取向对脂肪酶驱动纳米马达的催化和迁移性能的影响，这项工作为纳米马达的固定化策略和相应的酶的定位提供了重要的证据，从而有助于进一步研究纳米马达的运动性能。

脂肪酶的结构可以根据盖子的运动在开放活跃或封闭不活跃构象之间转换通过固定化策略和支撑材料可以很好地控制这种平衡，从而为研究取向对脂肪酶马达运动行为的影响提供了良好的模型。

图1.MSNs的合成方案

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作者选择了单分散二氧化硅颗粒（MSNs）作为固定化脂肪酶的载体材料，因为其表面电荷和官能团易于调节(图1a)基于动态光散射表征(DLS，图1d)，合成的MSNs具有均匀的球形多孔结构(图1b-c)，为了获得MSNs与不同的表面官能团，采用三种不同的硅烷改性，从而获得三种类型的支持MSNs分别与氨基酸组、醛组、烃基组(图1e)，形成三个交互修改后的脂肪酶,即离子吸附(MSN-APTES)共价键(MSN-APTES/GLY),疏水作用(MSN-OTES)。

证实了单硅微球的存在,每个修饰步骤完成后，水动力半径图中仍然只有一个单一的种群分布(图1d)，表明单分散二氧化硅微球在溶液中具有良好的分散性。

图2.CRL驱动的纳米电机的结构表征

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为了阐明不同单分散二氧化硅微球对脂肪酶取向的影响，作者计算了各酶衍生物的酰胺I光谱的二阶导数(图2b-d)。然后将游离CRL中的酰胺I组分分配到不同的二级结构元素上，这与x射线衍射对其晶体结构的分析一致。

为了表征各种CRL

MSN纳米马达的催化性能，作者进行了酶法测定，结果观察到CRL

MSN-OTES表现最好，效率最高。通过界面激活机制，底物对固定化脂肪酶的亲和力增强。这种较高的底物亲和力主要是由于在MSN-OTES表面定向固定化了开放活性形式的CRL，并在活性中心周围成功生成了广泛的疏水环境。此外，CRL

MSN-OTES的Vmax(U/mg)明显高于其他两个脂肪酶驱动的纳米马达(CRL

MSN-APTES/GLY和CRL

MSN-APTES的Vmax分别为和7.5U/mg)，表明催化效率得到了显著提高。

图3.MD分析过程的方案和基材结合的可及性概况

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最后为了进一步阐明盖子的构象如何影响脂肪酶的活性，作者进行了分子动力学(MD)模拟耦合，MD模拟进一步分析通过降维技术提供了一个整体的开启和关闭控制域的构象的CRL描述它对CRL催化效率和CRL

MSN推进的影响。发现表明，以封闭构象将CRL与结构域固定在一起，阻止了三乙酸乙酯进入活性位点，从而阻碍了CRL的催化活性，抑制了CRL

MSN的推进。

为了充分了解脂肪酶取向对运动行为的影响，作者测试了不同浓度的三乙酸乙酯作为燃料来触发这三种类型的CRL

MSN纳米马达的运动。在所有的情况下，CRL

MSN-OTES纳米电机与CRL

MSN-APTES/GLY和CRL

MSN-APTES相比具有更高的稳定性，说明了疏水固定化的积极影响。

总之，作者通过不同的固定化策略，通过离子相互作用、共价键和疏水相互作用将CRL固定在三种不同的支撑平台上，从而由于催化中心的不同取向和可达性导致了基本构象的变化。结构分析和催化表征以及分子动力学模拟得到速度最快，更稳定的纳米电机。所以，酶定向策略是调节和提高脂酶驱动纳米马达扩散系数的关键因素，从而扩大了酶驱动马达在生物医学和环境领域的潜在应用。

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