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华东师范大学学者实现近红外光对酶活的动态调控

《德国应用化学》近日在线发表了华东师范大学生命科学学院,上海市调控生物学重点实验室程义云研究员和张强副研究员的最新成果。研究者在多种酶分子内部合成了尺寸均一的超小铂纳米颗粒,借助其光热转换性能,巧妙地实现了近红外光在时间和空间维度上对酶催化活性的调控(图一,Dynamic Modulation of Enzyme Activity by Near-InfraredLight. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56,doi: 10.1002/anie.201700968)。


华东师范大学学者实现近红外光对酶活的动态调控

图一. 近红外光照射铂纳米颗粒可在蛋白质局部升温,进而调控酶的催化活性。光调控过程不会升高酶溶液的系统温度


在时间和空间上精确调控酶的催化活性有助于研究生命系统中复杂的信号通路,增加对酶分子的功能认知,揭示某些疾病的发生、发展机制。近年来,研究人员利用基因工程、化学修饰等方法在酶分子中引入紫外、可见光敏感元件,以此实现光对酶活性的调控。然而,紫外光和可见光的组织穿透能力差,并且具有很高的细胞和组织毒性,而且这些功能酶的制备方法非常复杂,这些因素制约了光敏感酶在生物、医学等领域的应用。


基于这一现状,程义云团队利用简单的化学在多种酶分子的内部合成了超小尺寸的铂纳米颗粒,借助铂纳米颗粒高效的光热转换功能,实现脉冲近红外光对酶活性的可逆调控。脉冲红外光可有效提高酶分子的局部温度,增强酶活性中心的催化效率,在不引起宏观溶液温度升高的情况下,可实现快速、反复地调控酶的催化活性。该研究发现淀粉酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、蛋白酶等多种酶分子经改造后都具有类似的近红外光调控性能,证明了该技术的普适性。研究者验证了该技术在光刻印刷(图二)、抗菌(图三)等领域的潜在应用。


华东师范大学学者实现近红外光对酶活的动态调控

图二. 红外光调控淀粉酶的催化活性,这一技术用于光刻印刷


华东师范大学学者实现近红外光对酶活的动态调控

图三. 近红外光调控葡萄糖氧化酶的活性,光照增强葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生过氧化氢,从而赋予其抗菌、杀伤癌细胞等性能


原文链接如下,或者点击下方阅读原文

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201700968/abstract


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