東京工業(yè)大學(xué)的研究人員在一項(xiàng)新研究中發(fā)現(xiàn)，一種具有組氨酸殘基的新型混合鐵蛋白納米籠的金屬離子吸收率提高了 1.5 倍，并提高了酒精生產(chǎn)的催化效率。他們的研究結(jié)果表明，混合生物納米籠可以有效地催化反應(yīng)以產(chǎn)生工業(yè)上重要的產(chǎn)品。
生物聚合物可以自發(fā)??地自組裝成類似于容器或籠子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但要小得多，被稱為“納米籠”。這些結(jié)構(gòu)可以容納它們內(nèi)部的各種分子，這些分子充當(dāng)“客人”。一個(gè)流行的例子是“鐵蛋白納米籠”，它是由 24 個(gè)亞基自組裝成蛋白質(zhì)鐵蛋白形成的，可以包裹作為重要催化劑的金屬離子。在這些金屬離子的幫助下，催化反應(yīng)將任何底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。盡管廣為人知，但鐵蛋白籠在工業(yè)中的潛在應(yīng)用仍有待充分探索。
迄今為止，大多數(shù)增加鐵蛋白中金屬離子攝取的努力都導(dǎo)致籠子穩(wěn)定性低。要讓“客人”在籠子里坐好，有效的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。牢記這一點(diǎn)，由東京工業(yè)大學(xué) (Tokyo Tech) 的 Takafumi Ueno 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家在鐵蛋白納米籠的核心引入了位點(diǎn)特異性突變，并增加了其對銥復(fù)合物 (IrCp* )。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Angewandte Chemie上。銥是酒精生產(chǎn)途徑中的重要催化劑，商業(yè)上用于制藥、食品和化學(xué)工業(yè)。
Ueno 教授解釋說：“根據(jù)以前的文獻(xiàn)，我們知道籠中配位氨基酸的存在提高了銥的活性，并且用適當(dāng)?shù)臍埢〈@些氨基酸可以緩解這個(gè)問題。由于銥絡(luò)合物作為催化劑，配位殘留物可以完成這項(xiàng)工作。”作者使用氨基酸組氨酸替換常規(guī)(野生型)鐵蛋白籠的兩個(gè)殘基、精氨酸和天冬氨酸，并產(chǎn)生突變體 R52H 和 D38H。值得注意的是，組裝結(jié)構(gòu)或籠大小不受這些變化的影響。
接下來，他們將 IrCp* 添加到突變體中，發(fā)現(xiàn) R52H 能夠嵌入比野生型籠多 1.5 倍的銥原子(圖 1)。但是，讓他們震驚的是D38H突變體，它的行為與野生型完全一樣!那么，為什么兩種突變沒有相同的效果呢?根據(jù) Ueno 教授的說法，“這意味著不僅組氨酸殘基的存在，而且它的位置對于確定籠子中的攝取效率至關(guān)重要。”
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