肽水凝膠對氧敏感酶的保護

【科研摘要】

分子氧（O2）是一種高反應性氧化劑，對許多生物和工業系統有害。儘管O2經常透過金屬或還原劑相互作用，但迄今為止，尚未描述涉及有機超分子結構的結合機理。最近，

特拉維夫大學

Iftach Yacoby和Lihi Adler-Abramovich教授

團隊

論述了顯著的二肽水凝膠化劑芴基甲氧基羰基-二苯丙氨酸會夾帶O2並顯著限制O2在水凝膠中的擴散和滲透。

分子動力學模擬表明，O2的結合機理是由凝膠超分子結構中的芳香環之間形成的口袋控制的，這些口袋透過疏水相互作用與O2結合。利用此現象可以維持O2超敏性酶［FeFe］-氫化酶的活性，該酶具有將氫氣用於可持續能源應用的潛力。凝膠中的加氫酶封裝允許在暴露於環境O2後產生氫氣。這種現象可能導致這種低分子量膠凝劑在各種對O2敏感的應用中得到利用。相關論文以題為Protection of Oxygen-Sensitive Enzymes by Peptide Hydrogel發表在

《ACS Nano》

上。

【主圖導讀】

圖1。 Tris緩衝的FmocFF水凝膠的物理表徵。

（a）FmocFF水凝膠的掃描電子顯微鏡影象。比例尺，1μm。（b）FmocFF水凝膠的透射電子顯微鏡影象，證明了奈米原纖維的結構。比例尺，200 nm。（c）3D FmocFF自支撐緩衝水凝膠的倒置管。（d）在形成過程中對水凝膠的機械效能進行原位時掠振動測量。

圖2。 FmocFF水凝膠限制了O2的滲透。

圖3。 O2與FmocFF原纖維結合的分子動力學模擬。

圖4。 HydA1封裝在FmocFF凝膠中可保護其免受O2侵害。

【總結】

這項工作展現了FmocFF水凝膠突出地捕獲O2並將其運動限制在一定程度之外的強大能力，這種程度超出了凝膠基質施加的氣體擴散的自然障礙，並且不需要金屬離子結合O2。O2和其他氣體從不同凝膠的滲透和釋放的比較表明，這種夾帶現象是O2特有的，並不是所有含Fmoc的凝膠都常見。

分子動力學計算的結果表明，這是由O2與FmocFF原纖維的超分子結構之間發生的特定相互作用引起的。這些相互作用是導致O2與FmocFF原纖維內部而非外部表面結合的原因，在這種情況下，與Ar和CO2相比，它們的計算結合傾向顯著更高。這與實驗表明Ar和CO2的排放速率比O2快得多的實驗是一致的。重要的是，這項研究證明了O2摻入FmocFF凝膠中的適用性，作為維持O2超敏酶HydA1產生氫的被動手段。此外，根據保持酶活性的需要，在水性緩衝液中製備水凝膠不會顯著改變FmocFF水凝膠的奈米原纖維結構。這些發現為酶法生產和利用氫的可能性提供了希望。其他對O2敏感的反應，例如固氮酶介導的氨的產生，也可能受益於FmocFF水凝膠的封裝。最後，FmocFF水凝膠在酶介導的電化學中可能具有潛在用途，因為據報道它們可以成功保留蛋白質，因此可用於將酶固定在所需電極上。

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參考文獻

：

doi。org/10。1021/acsnano。0c09512

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水凝膠

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