巨大的分子笼子保护吃塑料酶免受降解危险

在合成纳米笼中捕获塑料降解酶可以防止它在高温或有机溶剂中分解。虽然笼子里的酶保留了所有的催化活性，但它能承受比通常熔点高得多的温度，对溶剂的抗性提高了1000倍。类似的纳米笼可以保护和延长基于蛋白质的药物、疫苗或诊断工具的寿命。

2004年，Makoto Fujita和他在日本东京大学的研究小组制备了一个笼状分子由12个钯离子和24个桥接配体组成。组件自行组装成直径约7nm的大型球形框架。藤田诚解释说:“化学家们从来没有合成过这么大的笼子，也没有想象过在里面完全封装一个像蛋白质这样的巨大客座分子。”

现在，一个团队围绕着藤田诚和他的同事Daishi Fujita用巨大的笼子来保护蛋白质。笼状配体中的甲酰基吡啶与蛋白质的n端和赖氨酸侧链相互作用。配体在蛋白质周围预组装，钯作为夹钳添加到封闭笼中。

研究小组用角质酶测试了他们的笼子，这是一种21kDA 206氨基酸的酶，已知可以降解塑料。这种蛋白质的最大直径约为4.5nm，可以很好地安置在笼子里。当被封闭的酶暴露在有机溶剂中时，它的半衰期比未被封闭的酶延长了1000倍。此外，当加热到100°C以上时，笼子里的酶不会融化，尽管笼子里的酶的熔点在50°C左右。

Daishi Fujita解释说:“酶被限制在一个合适的空间里，允许酶反应所必需的分子运动，但抑制导致变性的主要结构变化。”日本研究小组希望利用这种笼子强化酶在工业规模上降解疏水塑料。

聚合物化学家指出:“将酶放入密闭空间并不是什么新鲜事。玛蒂娜Stenzel在澳大利亚新南威尔士大学。其他捕获蛋白质的策略包括金属有机框架，单酶纳米颗粒，金属黄金还有介孔二氧化硅。然而，Stenzel说，许多是“基于聚合物的，它们是可移动的，在某种程度上可以适应酶的运动”。她解释说，在这里，研究人员使用了一种坚硬的结构，它适合酶，并进一步限制运动。因此，这里看到的稳定性令人印象深刻。

斯坦泽尔指出:“停止变性可以延长酶的寿命，因此可以带来巨大的经济效益。”她补充说，酶的储存挑战，例如需要温度控制，可能会使基于酶的诊断测试不可靠——笼子可以保护它们。

“将酶诱捕在这些自组装的大型分子笼中，形成明确的结构，是一项了不起的成就，”评论道Joost臭气他是荷兰阿姆斯特丹大学的超分子化学家。他指出，准备不同对称的笼子可能值得一试。

然而，Daishi Fujita解释说:“由于分子自组装通常会产生球形产品，例如，为细长形状的蛋白质准备一个笼子是另一个技术挑战。”目前，大于10纳米的蛋白质对于封装来说仍然过于笨重。

然而，考虑到酶活性和提高的稳定性，“目前的笼子蛋白质在工业生物催化剂应用中非常有前途”，他说海博杨他是华东师范大学的超分子化学家。