无细胞酶催化(CFEC)是一种新兴的生物技术，能够模拟复杂自然网络中的生物转化。这种仿生学方法允许以一种绿色的方式制造诸如生物燃料和生化的工业产品。然而，CFEC的主要挑战是稳定性差，这限制了酶在复杂应用中的有效性和寿命。将酶固定在固态载体上被认为是解决上述障碍的有效策略。具体来说， “类铠甲”多孔金属有机框架(MOFs)的骨骼结构紧紧围绕酶，不仅可以保护酶免受外部刺激，而且其多孔网络结构可以选择性地运输反应物。近日，中山大学欧阳钢锋教授综述了金属-有机骨架保护酶这一生物技术的研究现状。他们首先介绍了金属-有机骨架保护酶的概念，然后详细总结了MOFs包覆酶的策略及其前沿应用。与表面生物接合固定化相比，在MOFs外骨架结构中嵌入酶是一种提高酶寿命的有效手段。到目前为止，有两个主要的战略：1)后合成包装。这种方法对酶的破坏最小，但需要精心设计尺寸与酶相当的介孔笼机构；2)重新封装。它依赖于生物界面和金属节点之间的强相互作用。在这种情况下，MOFs的生长必须以生物兼容的方式进行，避免酶的聚集或展开。到目前为止，只有UiO-66-NH2和Zn-MOF-74两种mof被验证了利用机械化学策略进行原位封装的可行性。了解不同包封过程中MOFs骨架与酶之间的微环境相互作用，对构建具有高稳定性和生物活性的酶具有重要的指导意义。酶的空间分布也影响生物催化过程。一般情况下，封装在MOFs表面的酶能够缩短底物的扩散距离，提高催化能力。因此，如何控制封装酶在MOFs中的空间分布也是今后需要考虑的问题。此外，酶封装的方向也可能影响酶@MOFs的生物催化效果，了解酶封装的方向信息可以更好地了解酶在MOFs上的催化行为。这种定向信息也可能加深对催化机理的理解。然而，确定酶的方向对困在其中的酶来说更具挑战性。可以预见，随着酶@MOFs系统的发展，其在生物炼制、无“冷链”生物贮藏、纳米催化医学等新兴领域将具有巨大的应用前景。
Siming Huang; Xiaoxue Kou; Jun Shen; Guosheng Chen; Gangfeng Ouyang. Armoring the Enzymes with Metal‐Organic Frameworks. Angewandte Chemie International Edition, 2020.
DOI: 10.1002/anie.201916474
https://doi.org/10.1002/anie.201916474
