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  酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)體系在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與放大以及代謝與催化途徑中發(fā)揮重要的作用。在細(xì)胞中的酶總是存在于亞細(xì)胞器中或是形成酶復(fù)合體，這種空間受限效應(yīng)使得不同酶之間的中間產(chǎn)物更容易通過(guò)底物溝道效應(yīng)（Substrate channeling）從前一個(gè)酶輸送至后一個(gè)酶，從而提高酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)的效率。受自然界中酶復(fù)合物的啟發(fā)，基于各種載體的人造酶復(fù)合體開(kāi)始出現(xiàn)，例如：基于蛋白質(zhì)以及核酸的支架體系、脂質(zhì)體或聚合物體系、無(wú)機(jī)納米顆粒體系。然而，目前幾乎沒(méi)有可以有效地調(diào)控人造酶復(fù)合體的方法，導(dǎo)致酶復(fù)合體的研究難以深入。

  為了解決這個(gè)問(wèn)題，北京大學(xué)跨學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程系高衛(wèi)平研究員課題組以常見(jiàn)的葡萄糖氧化酶(GOX)/辣根過(guò)氧化酶（HRP）級(jí)聯(lián)反應(yīng)對(duì)為例（圖1），通過(guò)化學(xué)生物學(xué)在GOX和HRP上引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）引發(fā)劑，然后，通過(guò)ATRP在GOX和HRP上同時(shí)原位生長(zhǎng)不溶于水的聚合物PHPMA，原位高效地形成GOX/HRP-PHPMA偶聯(lián)物共膠束。這種方法被命名為PICA方法。

圖1、可控合成酶-高分子偶聯(lián)物共膠束級(jí)聯(lián)反應(yīng)體系示意圖。

  研究結(jié)果表明，增加GOX/HRP的投料比可以提高共膠束中GOX/HRP的比例（圖2a）。共膠束的級(jí)聯(lián)反應(yīng)活性隨GOX/HRP比增加而大幅度提高，特別是在高GOX/HRP比條件下其活性是自由GOX/HRP混合物的數(shù)倍（圖2b）。在高濃度底物競(jìng)爭(zhēng)酶catalase存在的情況下共膠束仍然保持活性，而自由GOX/HRP混合物則不能（圖2c）。這表明鄰近溝道效應(yīng)是導(dǎo)致其級(jí)聯(lián)反應(yīng)活性大幅度提高的重要原因。由于鄰近溝道效應(yīng)，共膠束對(duì)葡萄糖的檢測(cè)速度比商用葡萄糖檢測(cè)試劑盒更快（圖3d）。這些新發(fā)現(xiàn)不僅為仿生構(gòu)筑人造酶復(fù)合物級(jí)聯(lián)反應(yīng)體系提供新方法，而且有助于深入理解天然酶復(fù)合物級(jí)聯(lián)反應(yīng)體系和發(fā)現(xiàn)其潛在應(yīng)用。

圖2：（a）共膠束中GOX/HRP的比例隨著它們的投料比增加而增加；（b）共膠束級(jí)聯(lián)反應(yīng)活性隨GOX/HRP比增加而大幅度提高；（c）共膠束在高濃度底物競(jìng)爭(zhēng)酶存在的情況下仍然保持活性；（d）共膠束對(duì)葡萄糖的檢測(cè)速度比商用葡萄糖檢測(cè)試劑盒更快。

  以上的相關(guān)成果發(fā)表在Nano Letters(DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04959)，高衛(wèi)平研究員為本文的通訊作者，其清華大學(xué)碩士生江祺瑋為第一作者。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04959?ref=pdf